Silmä | valoa aistiva elin, jonka avulla eliöt näkevät

Silmän osat

Ihmisen silmä koostuu useista eri osista. Nämä osat voivat olla samoja myös muilla eläimillä. Ne ovat:

• Sarveiskalvo: Silmän sarveiskalvo: uloin, läpinäkyvä kerros, joka suojaa iiristä ja pupillia.
• Pupilli: Silmän keskellä oleva musta ympyrä, jonka läpi valo kulkee.
• Iris: Silmän värikäs kehä pupillin ympärillä. Se voi olla ruskea, sininen, vihreä jne. Sen päätehtävä on säädellä silmään tulevan valon määrää.
• Sclera: Suuri, valkoinen kenttä iiriksen ympärillä, joka pitää silmämunan muodossa.
• Linssi: Sarveiskalvon takana on läpinäkyvä biokupera linssi, jonka polttoväli on hyvin lyhyt.Tämä linssi pysyy silmäkuopan keskellä sädelihasten avulla.
• Verkkokalvo: Siinä on soluja, jotka muuttavat valon hermoimpulsseiksi.
• Näköhermo: Hermo, joka yhdistää silmän aivoihin. Optinen tieto siirtyy aivojen takaosaan käsiteltäväksi: ks. aivokuori.

 
Kaavio silmästä  

Silmätyypit

Nykyään tunnetaan kymmenen erilaista silmätyyppiä. Useimmat kuvankaappaustavat ovat kehittyneet ainakin kerran.

Yksi tapa luokitella silmät on tarkastella "kammioiden" määrää. Yksinkertaiset silmät koostuvat vain yhdestä koverasta kammiosta, jossa on ehkä linssi. Yhdistelmäsilmissä on useita tällaisia kammioita, joiden linssit ovat kuperalla pinnalla.

Silmät voidaan ryhmitellä myös sen mukaan, miten valoreseptori on valmistettu. Fotoreseptorit ovat joko syyli- tai rabdomisia, ja joillakin annelideoilla on molempia.

Yksinkertaiset silmät

Kuoppasilmät

Kuoppasilmät sijaitsevat ihossa olevassa syvennyksessä. Tämä vähentää kulmaa, josta valo pääsee sisään. Se antaa elimistölle mahdollisuuden sanoa, mistä valo tulee.

Tällaisia silmiä esiintyy noin 85 prosentilla heimoista. Ne ovat todennäköisesti syntyneet ennen monimutkaisempien silmien kehittymistä. Kuoppasilmät ovat pieniä. Ne koostuvat enintään sadasta solusta, jotka kattavat noin 100 µm. Suuntaavuutta voidaan parantaa pienentämällä aukon kokoa ja asettamalla reseptorisolujen taakse heijastava kerros.

Reikäaukkosilmä

Pinhole-silmä on kuoppasilmän kehittynyt muoto. Sillä on useita ominaisuuksia, joista tärkeimpiä ovat pieni aukko ja syvä kuoppa. Joskus aukkoa voidaan muuttaa. Sitä esiintyy vain Nautiluksessa. Ilman tarkentavaa linssiä se tuottaa epätarkan kuvan. Näin ollen nautiloidit eivät pysty erottamaan kohteita, joiden etäisyys toisistaan on alle 11°. Aukon pienentäminen tuottaisi terävämmän kuvan, mutta päästäisi sisään vähemmän valoa.

Pallomainen linssinen silmä

Kuoppasilmien resoluutiota voidaan parantaa paljon lisäämällä materiaalia linssiksi. Tämä pienentää epätarkkuuden sädettä ja lisää saavutettavaa resoluutiota. Perusmuoto on edelleen nähtävissä joillakin gastropodeilla ja annelideoilla. Näissä silmissä on yhden taitekertoimen linssi. On mahdollista saada parempi kuva materiaaleilla, joilla on korkea taitekerroin, joka pienenee reunoja kohti. Tämä pienentää polttoväliä ja mahdollistaa terävän kuvan muodostumisen verkkokalvolle.

Tämä silmä luo kuvan, joka on riittävän terävä, jotta silmän liike voi aiheuttaa merkittävää epätarkkuutta. Useimmissa tällaisissa silmissä on silmää vakauttavat silmälihakset, jotta silmän liikkeen vaikutus eläimen liikkuessa olisi mahdollisimman pieni.

Hyönteisten okulaareissa on yksinkertainen linssi, mutta niiden polttopiste on aina verkkokalvon takana.Ne eivät voi koskaan muodostaa terävää kuvaa. Tämä rajoittaa silmän toimintaa. Ocellit (niveljalkaisten kuoppatyyppiset silmät) sumentavat kuvan koko verkkokalvolla. Ne pystyvät hyvin reagoimaan valon voimakkuuden nopeisiin muutoksiin koko näkökentässä - tätä nopeaa reagointia nopeuttavat entisestään suuret hermokimput, jotka välittävät tiedon aivoihin. Kuvan tarkentaminen aiheuttaisi myös sen, että auringon kuva tarkentuisi muutamiin reseptoreihin. Voimakas valo voisi mahdollisesti vahingoittaa näitä; reseptorien suojaaminen estäisi osan valosta ja vähentäisi niiden herkkyyttä.

Tämä nopea reagointi on johtanut siihen, että hyönteisten okeleita käytetään pääasiassa lennon aikana, koska niiden avulla voidaan havaita äkilliset muutokset suunnassa ylöspäin (koska valo, erityisesti UV-valo, joka absorboituu kasvillisuuteen, tulee yleensä ylhäältäpäin).

Taittuva sarveiskalvo

Useimpien maalla elävien selkärankaisten (sekä joidenkin hämähäkkien ja hyönteisten toukkien) silmissä on nestettä, jonka taitekerroin on suurempi kuin ilman. Sarveiskalvo on jyrkästi kaareva ja taittaa valoa kohti polttopistettä. Linssin ei tarvitse tehdä kaikkea taittumista. Tämän ansiosta linssi voi säätää tarkennusta helpommin, jolloin erottelukyky on paljon suurempi.

Heijastinsilmät

Linssin sijasta on myös mahdollista, että silmän sisällä on soluja, jotka toimivat kuin peilit. Tällöin kuva voidaan heijastaa ja tarkentaa keskipisteeseen. Tämä rakenne tarkoittaa myös sitä, että tällaiseen silmään katsova ihminen näkee saman kuvan kuin organismi, jolla ne on.

Monissa pienissä eliöissä, kuten matelijoissa, kopeajalkaisissa ja platyhelminteissä, käytetään tällaista mallia, mutta niiden silmät ovat liian pienet käyttökelpoisten kuvien tuottamiseen. Jotkin suuremmat eliöt, kuten kampasimpukat, käyttävät myös heijastinsilmiä. Pecten-kampasimpukalla on jopa 100 millimetrin kokoiset heijastinsilmät, jotka reunustavat sen kuoren reunaa. Se havaitsee liikkuvat kohteet, kun ne ohittavat toisiaan seuraavat linssit.

Yhdistetyt silmät

Yhdistelmäsilmät eroavat yksinkertaisista silmistä. Sen sijaan, että niissä olisi yksi valoa aistiva elin, ne kokoavat yhteen useita tällaisia elimiä. Joissakin yhdistelmäsilmissä niitä on tuhansia. Tuloksena syntyvä kuva kootaan aivoissa monien silmäyksiköiden signaalien perusteella. Jokaista tällaista yksikköä kutsutaan ommatidiumiksi, useita kutsutaan ommatidioiksi. Ommatidiat sijaitsevat kuperalla pinnalla, ja jokainen niistä osoittaa hieman eri suuntaan. Toisin kuin yksinkertaisilla silmillä, yhdistelmäsilmillä on hyvin suuri kuvakulma. Ne voivat havaita nopean liikkeen ja joskus myös valon polarisaation.

Yhdistelmäsilmät ovat yleisiä niveljalkaisilla, rengaseläimillä ja joillakin simpukoilla.

 
Nautiluksella on reikäsilmä  


Niveljalkaisilla, kuten tällä puusepänmehiläisellä, on yhdistelmäsilmät.  

Silmän evoluutio

Silmien evoluutio alkoi yksisoluisten organismien yksinkertaisimmista valoa aistivista laikuista. Nämä silmälaikut eivät tee muuta kuin havaitsevat, onko ympäristö vaalea vai pimeä. Useimmilla eläimillä on sisällä biokemiallinen "kello". Näitä yksinkertaisia silmäpisteitä käytetään tämän vuorokausikellon säätämiseen, jota kutsutaan vuorokausirytmiksi. Jotkut etanat esimerkiksi eivät näe lainkaan kuvaa (kuvaa), mutta ne aistivat valoa, mikä auttaa niitä pysymään poissa kirkkaasta auringonvalosta.

Monimutkaisemmat silmät eivät ole menettäneet tätä toimintoa. Silmän erityinen solutyyppi aistii valoa muuhun tarkoitukseen kuin näkemiseen. Näitä soluja kutsutaan gangliosoluiksi. Ne sijaitsevat verkkokalvolla. Ne lähettävät valoa koskevat tietonsa aivoihin eri reittiä (retinohypotalamuksen rataa) pitkin. Tämä tieto säätää (synkronoi) eläimen vuorokausirytmin luonnon 24 tunnin valo-/pimeysjaksoon. Järjestelmä toimii myös joillakin sokeilla, jotka eivät näe valoa lainkaan.

Hieman paremmat silmät ovat kuppimaiset, jolloin eläin tietää, mistä valo tulee.

Monimutkaisemmat silmät antavat täyden näköaistin, mukaan lukien värit, liikkeet ja tekstuurit. Näillä silmillä on pyöreä muoto, joka saa valonsäteet keskittymään silmän takaosaan, verkkokalvolle.

Muut

Hyvillä lentäjillä, kuten kärpäsillä tai mehiläisillä, tai saalista pyydystävillä hyönteisillä, kuten rukoilijasirkoilla tai sudenkorennoilla, on erikoistuneita ommatidia-vyöhykkeitä, jotka on järjestetty fovea-alueeksi, joka antaa terävän näön. Tällä vyöhykkeellä silmät ovat litistyneet ja silmänpinnat ovat suuremmat. Litteyden ansiosta useampi ommatidia voi vastaanottaa valoa pisteestä. Tämä antaa suuremman resoluution.

Ophiocoma wendtii -lajin, haurastähden, runko on peitetty ommatidioilla, jotka tekevät sen koko ihosta yhdistelmäsilmän. Sama pätee moniin kitoniin.

 
Sudenkorennon silmä