Международный Клуб Террариумистов "Моя Рептилия"

    Ученые выявили молекулярный механизм работы специальных органов головы змеи, предназначенных для «видения» источников тепла, которыми могут быть как мелкие грызуны, на которых змеи охотятся, так и крупные хищные животные, которых надо избегать, сообщается в статье ученых.
(http://www.segodnya.ua/img/forall/a/141224/36.jpg)

    Ученые выяснили, как змеи могут «видеть» тепловое излучение

    Эта способность видеть источники тепла является так называемым «шестым чувством» змей, и не встречается у других видов животных.

    В своей работе группа ученых во главе с Дэвидом Юлиусом из Калифорнийского университета в Сан-Франциско доказала, что змеи «видят» тепловое излучение не с помощью органов зрения, диапазон которых мог быть просто расширен до инфракрасного, а с помощью специальных органов, предназначенных для обнаружения источников повышенной температуры.

    «Зоологи до нас уже сделали большую часть работы, описав анатомическое строение этой сенсорной системы змей. Что им не было известно и что удалось открыть нам - это молекулярный механизм работы этой сенсорной системы», - сказал Юлиус.

    В этой работе ученые провели генетическое сравнение обычных нервных волокон в нервной системе змей, и нервов, идущих от специальных органов на морде змей, называемых ямками, которые и были выявлены зоологами как источники шестого чувства этих животных.

    Ученые обратили внимание на различные типы молекул РНК, используемых в синтезе белков, которые встречаются в обоих типах нервов. Авторы исследования установили, что эти нервные ткани различаются только одним типом белков, называемым TRPA1, он производится в нервах, соединяющих органы-ямки с головным мозгом в 400 раз активнее, чем в другой нервной ткани.

    Согласно выводам ученых, активация этого белка происходит в тот момент, когда поток тепла от источника нагревает мембрану органа-ямки. В результате этой активации происходит открытие ионных каналов по направлению от мембраны к нервным клеткам и генерация электрического сигнала, детектируемого впоследствии головным мозгом.

    Конструкция этого органа позволяет змеям фиксировать источники тепла, лишь на 0,002 градуса Цельсия более теплые, чем окружающая среда. При этом источник теплового излучения должен быть теплее 28 градусов Цельсия.

    «Продемонстрированные результаты исследования могут являться наиболее важным открытием за всю историю изучения инфракрасного зрения змей», - прокомментировал исследование Майкл Грэйс из Технологического института Флориды в Мельбурне, США.

_{РИА Новости}

Интересно, спасибо. Только вот неужели кто-то на полном серьезе в ближайшем прошлом объяснял "что змеи «видят» тепловое излучение с помощью органов зрения, диапазон которых мог быть просто расширен до инфракрасного" - это же полный физический и биологический бред. Сенсорные ямки и их назначение известны очень давно, а не открытие Д.Юлиуса.

Ну так он претендует только на молекулярный механизм  ??? Во всяком случае, так следует из цитаты его интервью.  ???

З.Ы. Андрей, а ты стал в "Змеи" заглядывать :) Не созрел ли для змея? Присоединяйся  ($)

Змей я люблю, но не настолько, чтобы держать дома :) Предпочитаю любоваться ими в природе.
А удивила именно приведенная фраза о глазах. Вряд-ли это Юлиус сказал, скорее журналисты "додумали", чтобы "понятнее" донести "научну сенсЯСию".
Интересно, где этот молекулярный механизм описан. Наверно опубликовали эти результаты где-нибудь, не только "на всемирном заборе" (World Wide Wall или www).

Расположенные около глаз змеи ямочки — это органы, чувствительные к тепловому излучению. Из-за большого диаметра входного отверстия «тепловое изображение» на мембране получается чрезвычайно размытым, но змея умудряется восстанавливать из него достаточно резкую картину окружающего мира (изображение из статьи Phys. Rev. Lett., 97, 068105)


(http://elementy.ru/images/news/infrared-vision.jpg)

Органы, позволяющие змеям «видеть» тепловое излучение, дают крайне расплывчатое изображение. Тем не менее у змеи в мозгу формируется четкая тепловая картина окружающего мира. Немецкие исследователи выяснили, как такое может быть.

Некоторые виды змей обладают уникальной способностью улавливать тепловое излучение, позволяющей им «разглядывать» окружающий мир в абсолютной темноте. Правда, они «видят» тепловое излучение не глазами, а специальными чувствительными к теплу органами (см. рисунок).

Строение такого органа очень просто. Рядом с каждым глазом располагается отверстие диаметром около миллиметра, которое ведет в небольшую полость примерно такого же размера. На стенках полости расположена мембрана, содержащая матрицу из клеток-терморецепторов размером примерно 40 на 40 клеток. В отличие от палочек и колбочек сетчатки глаза, эти клетки реагируют не на «яркость света» тепловых лучей, а на локальную температуру мембраны.

Этот орган работает как камера-обскура, прототип фотоаппаратов. Мелкое теплокровное животное на холодном фоне испускает во все стороны «тепловые лучи» — далекое инфракрасное излучение с длиной волны примерно 10 микрон. Проходя через дырочку, эти лучи локально нагревают мембрану и создают «тепловое изображение». Благодаря высочайшей чувствительности клеток-рецепторов (детектируется разница температур в тысячные доли градуса Цельсия!) и неплохому угловому разрешению, змея может заметить мышь в абсолютной темноте с довольно большого расстояния.

С точки зрения физики как раз хорошее угловое разрешение и представляет собой загадку. Природа оптимизировала этот орган так, чтобы лучше «видеть» даже слабые источники тепла, то есть попросту увеличила размер входного отверстия — апертуры. Но чем больше апертура, тем более размытое получается изображение (речь идет, подчеркнем, про самое обычное отверстие, безо всяких линз). В ситуации со змеями, где апертура и глубина камеры примерно равны, изображение оказывается настолько размытым, что из него ничего, кроме «где-то поблизости есть теплокровное животное», извлечь нельзя. Тем не менее опыты со змеями показывают, что они могут определять направление на точечный источник тепла с точностью около 5 градусов! Как же змеям удается достичь столь высокого пространственного разрешения при таком ужасном качестве «инфракрасной оптики»?

Изучению именно этого вопроса была посвящена недавняя статья немецких физиков A. B. Sichert, P. Friedel, J. Leo van Hemmen, Physical Review Letters, 97, 068105 (9 August 2006).

Раз реальное «тепловое изображение», говорят авторы, сильно размыто, а «пространственная картина», возникающая у животного в мозгу, довольно четкая, значит существует некий промежуточный нейроаппарат на пути от рецепторов к мозгу, который как бы настраивает резкость изображения. Этот аппарат не должен быть слишком сложным, иначе змея очень долго «обдумывала» бы каждое полученное изображение и реагировала бы на стимулы с запаздыванием. Более того, по мнению авторов этот аппарат вряд ли использует многоступенчатые итеративные отображения, а является, скорее, каким-то быстрым одношаговым преобразователем, работающим по навсегда зашитой в нервную систему программе.

В своей работе исследователи доказали, что такая процедура возможна и вполне реальна. Они провели математическое моделирование того, как возникает «тепловое изображение», и разработали оптимальный алгоритм многократного улучшения его четкости, окрестив его «виртуальной линзой».

Несмотря на громкое название, использованный ими подход, конечно, не является чем-то принципиально новым, а всего лишь разновидность деконволюции — восстановления изображения, испорченного неидеальностью детектора. Это процедура, обратная смазыванию картинки, и она широко применяется при компьютерной обработке изображений.

В проведенном анализе, правда, был важный нюанс: закон деконволюции не требовалось угадывать, его можно было вычислить исходя из геометрии чувствительной полости. Иными словами, было заранее известно, какое конкретно изображение даст точечный источник света в любом направлении. Благодаря этому совершенно размытое изображение можно было восстановить с очень хорошей точностью (обычные графические редакторы со стандартным законом деконволюции с этой задачей бы и близко не справились). Авторы предложили также конкретную нейрофизиологическую реализацию этого преобразования.

Сказала ли эта работа какое-то новое слово в теории обработки изображений — вопрос спорный. Однако она, несомненно, привела к неожиданным выводам касательно нейрофизиологии «инфракрасного зрения» у змей. Действительно, локальный механизм «обычного» зрения (каждый зрительный нейрон снимает информацию со своей маленькой области на сетчатке) кажется столь естественным, что трудно представить что-то сильно иное. А ведь если змеи действительно используют описанную процедуру деконволюции, то каждый нейрон, дающий свой вклад в цельную картину окружающего мира в мозгу, получает данные вовсе не из точки, а из целого кольца рецепторов, проходящего по всей мембране. Можно только удивляться, как природа умудрилась сконструировать такое «нелокальное зрение», компенсирующее дефекты инфракрасной оптики нетривиальными математическими преобразованиями сигнала.

_{Автор статьи: Игорь Иванов}

Спасибо. Интересное исследование. Только не понятно, почему авторы посчитали самым вероятным обработку сигнала на уровне нейронов "сетчатки", а не мозга? Мозг многих позвоночных, включая рептилий, решает с большой скоростью куда более сложные (с точки зрения алгоритмов) задачи по обработке изображений - чего стоит стереоскопическое зрение (его компьютерное моделирование - одна из наиболее ресурсоемких задач в обработке изображений). Может авторы еще и физиологию этих процессов рассматривали? Хотя вряд-ли, если статья в физическом журнале...
Там полной ссылки на исходник нет? С удовольствием бы почитал :)

вот http://prl.aps.org/abstract/PRL/v97/i6/e068105
25 баксов - и она твоя  ;D

Спасибо, теперь сама ссылка есть и можно поискать по-дешевле (со скидкой на 25 баксов) :)

Нашел:
http://www.t35.ph.tum.de/addons/publications/Sichert-2006.pdf
Будет время - почитаю. Впечатлениями поделюсь (перевод не обещаю, хотя статья всего 4 страницы, но уж больно не по основному профилю моей деятельности).

Посмотрел. Дополнительно там можно перевести только интимные физико-математические подробности. Это действительно только физико-математическая модель, как змеи МОГУТ (в принципе) получать относительно информативное изображение детектором с большой аппертурой и практически нулевой глубиной резкости. Как и что змеи получают реально - этот вопрос выходит за рамки статьи (он к биологам, а не физикам). Но модель дает хорошую гипотезу для проверки
PS У меня иногда возникают очень сходные задачи с той, которую решают змеи :) Так что статья оказалась "в тему". Спасибо!