Отвечаем почемуч­кам: почему в темноте у кошек светятся глаза

Иной раз идешь по улице в сумерках, а из кустов на тебя глядит пара немигающих светящихся точек.

В такие моменты становится не по себе и в голову лезут мысли о том, что кошка — какое-то мистическое существо. На самом деле этому есть объяснение.

В рубрике «Отвечаем почемучкам» помогаем родителям отвечать на детские вопросы, которые когда-то волновали каждого из нас. Для дошкольников — коротко и понятно. Для ребят постарше — глубже и с опорой на науку.

Расскажем, что помогает кошкам видеть в темноте и почему, в конце концов, их глаза так зловеще сверкают.

В жизни глаза кошек и других ночных животных не светятся собственным светом. Они лишь отражают падающий на них свет — как это делают, например, Луна или велосипедные катафоты — с помощью специального световозвращающего слоя внутри глаз.

Такой слой увеличивает количество света, которое попадает на сетчатку глаза. Поэтому кошки способны видеть при гораздо более тусклом освещении, чем человек, — это важно для ночных животных. Но если света нет совсем, зеркальный слой бесполезен: в полной темноте кошка так же слепа, как человек.

Кошачий глаз по своей конструкции похож на человеческий. Главные детали глаза:

1. Радужная оболочка. Это непрозрачная шторка с «окошком» — зрачком, который может расширяться или сужаться, регулируя количество пропускаемого внутрь света.
2. Хрусталик — линза, которая создает четкое изображение предметов на задней стенке глаза.
3. Сетчатка — слой, состоящий из миллионов светочувствительных клеток, или фоторецепторов. Когда на фоторецептор попадает свет, он посылает нервный импульс в головной мозг.

Есть два основных типа фоторецепторов:

1. Колбочки. Работают только при хорошем освещении и отвечают за цветовое зрение — реагируют на свет определенных цветов. У человека, например, есть колбочки трех типов — для красного, зеленого и синего цвета. У кошек два типа колбочек, поэтому красно-оранжевые оттенки они различают плохо.
2. Палочки. Очень чувствительны, им достаточно даже очень слабого света — в 100 000 раз слабее того, что нужен колбочкам. Но они не различают цвета, поэтому при низкой освещенности мы всегда видим черно-белую картинку.

Представители семейства кошачьих эволюционировали как ночные хищники, которые охотились в сумерках или ночью. На протяжении миллионов лет чувствительное зрение при слабом свете было для них серьезным преимуществом. Эта способность есть и у домашних кошек: их глаза в несколько раз более чувствительны к свету, чем человеческие.

Есть несколько механизмов, которые помогают кошкам лучше видеть в темноте.

☀️ Роговица и хрусталик кошачьего глаза собирают больше света. Диаметр роговицы — внешней прозрачной части глаза — у кошек составляет примерно 15—16 мм. Это в полтора раза больше, чем у человека.

👁️‍ Зрачок раскрывается шире. Вертикальный щелевидный зрачок у кошек может расширяться до диаметра 10 мм. У человека зрачок глаза круглый, а когда он полностью расширен, его диаметр — всего 6 мм. Поэтому в глаз кошки попадает почти в три раза больше света, чем в человеческий.

🌫️ На сетчатке кошачьего глаза выше плотность фоторецепторов-палочек. У кошек на одном квадратном миллиметре сетчатки палочек в 3—6 раз больше, чем у человека, а вот колбочек намного меньше. Поэтому кошки не слишком хорошо различают цвета даже при ярком освещении, зато в сумерках их зрение превосходит человеческое.

💫 За сетчаткой есть световозвращающий слой — тапетум. На латыни его называют tapetum lucidum — «блестящее покрывало». Он отражает свет, который прошел сквозь сетчатку вхолостую и не был уловлен палочками, в обратном направлении. Это дает свету второй шанс попасть на фоторецепторы, улучшая способность видеть при плохом освещении.

Тапетум — это сложная структура из множества плоских или игольчатых кристаллов либо сферических капелек, построенных в строгом порядке.

Так, у кошек и лемуров это слои клеток, которые содержат кристаллы рибофлавина — вещества, которое мы знаем как витамин B2. У лошадей, овец и коров тапетум состоит из волокон коллагена — белка соединительной ткани. А у акул и крокодилов тапетум — это пластинки кристаллов гуанина, который отвечает за серебристый блеск чешуи форели или карасей.

Зачем нужен тапетум. Свет можно рассматривать как поток частиц — фотонов, а сетчатку — как рыболовную сеть с ячейками-фоторецепторами. Когда несколько фотонов попадают на фоторецептор, он посылает в головной мозг сигнал об этом.

Некоторые фотоны просто пролетают сквозь сетчатку подобно тому, как часть рыбы проходит сквозь рыболовную сеть, не запутываясь в ячейках. Когда освещенность хорошая, это не проблема: в фоторецепторы все равно попадет достаточное количество фотонов, чтобы мозг смог нарисовать четкую картину, которую видит глаз. А вот когда темнеет, ценным становится каждый фотон.

Тапетум отражает проскочившие фотоны, чтобы они второй раз прошли через сетчатку и, возможно, попали на фоторецепторы. По нашей аналогии тапетум подобен стенке, стоящей за рыболовной сетью: доплыв до нее, рыба поворачивает назад, чтобы второй раз пройти сквозь сеть. Но если рыбы вообще нет, то и поймать ничего не удастся: в полной темноте тапетум совершенно бесполезен, ведь, если света совсем нет, отражать нечего.

Почему глаза светятся. Биологи иногда называют тапетум термином «зеркальце». На самом деле он не отражает свет так, как это делает обычное зеркало, а возвращает его в том же направлении, откуда тот пришел, — как световозвращающая лента на одежде. Поэтому, если в темноте посветить в глаза кошке фонарем, значительная часть света отразится от световозвращающего слоя и, пройдя через сетчатку, вернется обратно, создавая эффект свечения.

У кошек оно обычно желто-зеленое, хотя цвет может зависеть от индивидуальных особенностей и породы. Например, у многих сиамских кошек и кошек-альбиносов тапетума нет, свет отражается от сосудистого дна, поэтому их глаза зловещего красного цвета.

Когда тапетум мешает. Ночью этот слой полезен и помогает видеть, а вот ярким днем он увеличивает риск повредить сетчатку слишком ярким солнечным светом. Чтобы защитить чувствительные глаза, у кошек есть вертикальные зрачки, которые при ярком свете почти закрываются — от них остаются только узкие щели.

Кроме того, тапетум сильно размывает то, что видит кошка. Свет, попадающий в глаз снаружи, фокусируется на сетчатке с помощью линзы — хрусталика, формируя четкое изображение. А вот отраженный тапетумом свет не проходит через линзу, и на сетчатке поверх четкого, но темного изображения возникает светлое, но расплывчатое. Поэтому кошки — ночные хищники — видят гораздо менее четкую картину, чем, например, человек или дневные животные. Но ночью видеть даже не очень четко лучше, чем не видеть вообще.

Если ребенок заинтересовался тем, как устроено зрение — и животных, и человека, — вот что еще можно ему предложить:

• книгу А. Доманской «О свете, цвете и зрении. Оптика для малышей». Дошкольники и младшеклассники узнают, как видит человек, как устроен глаз и различные оптические приборы — такие, например, как телескоп;
• мультфильм из серии «Смешарики: Пин-код» доступно и довольно подробно рассказывает детям про устройство человеческого глаза, в том числе о фоторецепторах — колбочках и палочках;
• научно-популярный фильм «Как видят животные», снятый в 1970 году советскими и болгарскими кинематографистами, рассказывает, как устроено зрение у разных животных и других обитателей нашей планеты;
• книгу американского физиолога, который специализируется на изучении зрения, М. Чангизи «Революция в зрении». Он в доступной форме и на бытовых примерах рассказывает об особенностях строения и работы наших глаз. Издание вышло в 2014 году, найти его можно в букинистических магазинах. Будет интересно ученикам средних классов, старшеклассникам и взрослым;
• зарубежный документальный фильм на русском языке «Что видят животные». Биолог объясняет, как разные животные познают окружающий мир, в том числе птицы и морские обитатели;
• видеоролик «Как кошки видят мир» глубоко погружает в исследования, посвященные кошачьему зрению. Авторы раскрывают секреты ночного зрения кошек и сравнивают его со зрением человека. Видео на английском языке, но некоторые браузеры могут перевести и озвучить его автоматически;
• набор для опытов «Модель человеческого глаза» поможет ребенку запомнить, из каких частей состоит наш орган зрения и какую функцию выполняет каждая часть. Подойдет для детей уже с 6 лет.

Другие вопросы почемучек, на которые мы ответили:

1. Почему небо голубое?
2. Почему море соленое?
3. Куда падают звезды?
4. Почему арбуз — не ягода?
5. Почему облака не падают на землю?