העיניים המופלאות של עולם החי

מה רואים הכלבים כשהם מסתכלים על קשת בענן? מה רואה התוכי, או האיגואנה? מה רואה דבורה, או חסילון?

בעלי חיים רואים בעזרת עיניים שעשויות להיות שונות זו מזו במורכבות, במבנה ובמספר. כל העיניים האלה התפתחו, ככל הנראה, מיכולת בסיסית ביותר לחוש אור שהייתה קיימת באב הקדמון של כל החיות בעלות העיניים. אך האבולוציה של עין מורכבת התרחשה כמה וכמה פעמים, ולעתים הגיעה לתוצאות שונות באופן מפתיע זו מזו.

נתחיל בעין של בעלי החוליות: הדגים, הדו-חיים, הזוחלים, היונקים והעופות. במלים אחרות, נתחיל בעין שלנו. האור שמגיע אל עינינו נכנס דרך האישון וממוקד בעזרת העדשה על הרשתית, שבה נמצאים תאים קולטי אור משני סוגים, קנים ומדוכים. התאים האלה מעבירים את המידע לתאי עצב, השולחים אותו אל המוח.

הרשתית של בעלי החוליות מורכבת באופן שנראה "הפוך": במקום שהשכבה של תאי העצב תהיה קרובה יותר אל המוח, ואילו התאים קולטי האור יימצאו בצד החיצוני, קרוב יותר לעדשה, הרשתית מסודרת בדיוק להפך. כך האור שמגיע אל קולטני האור צריך לעבור בדרך רשת של תאי עצב, וברוב המקרים גם נימי דם המזינים אותם. בנוסף, תאי העצב צריכים לעבור דרך שכבת התאים קולטי האור כדי להגיע למוח. הם עושים זאת דרך נקודה קטנה ברשתית שבה אין קולטני אור כלל, והיא נקראת על כן "הכתם העיוור".

הראייה שלנו הייתה עשויה להשתפר אם הרשתית הייתה מסודרת באופן ה"נכון", ויש בעלי חיים שאצלם היא אכן בנויה כך, כמו התמנון שאותו נפגוש בהמשך. ככל הנראה, כשהעין החלה להתפתח אצל האב הקדמון של בעלי החוליות היא התפתחה בצורה "הפוכה". היות שעין עם רשתית הפוכה עדיין עדיפה בהרבה על פני חוסר עין, נשארנו עם העיצוב הבעייתי הזה עד היום.

האור צריך לעבור דרך תאי עצבים כדי להגיע לתאים קולטי האור (למעלה בתמונה). מבנה הרשתית | צילום: Science Photo Library

ביום ובלילה

התאים ברשתית מגיבים רק לחלק קטן מאוד של האור, החלק שאורך הגל שלו הוא בין קצת פחות מ-400 ננומטר (שאנו רואים כאור סגול) לקצת יותר מ-700 ננומטר (אור אדום). אור באורכי גל אלו נקרא "האור הנראה", ואורכי גל ארוכים או קצרים יותר אינם נקלטים בעיננו. סוג אחד של תאים קולטי אור, הקנים, מגיבים באותו אופן לכל אורכי הגל המצויים באור הנראה. המדוכים, לעומת זאת, מגיבים באופן שונה לאור באורכי גל שונים, כלומר בצבעים שונים.

בעין של רוב בני האדם יש שלושה סוגים של מדוכים, אחד שמגיב בחוזקה בעיקר לאור בגוון אדום, אחד שהתגובה החזקה ביותר שלו היא לאור ירוק, ואחד שמופעל בעיקר בתגובה לאור כחול. המוח מחבר את המידע שמעבירים לו המדוכים מכל שלושת הסוגים, ומייצר את התמונה מלאת הגוונים שאנו רואים. עוורי צבעים חסרים את אחד מסוגי המדוכים, ולכן מתקשים להבדיל בין צבעים מסוימים.

רוב היונקים, לעומתנו, מסתפקים בשני סוגי מדוכים בלבד. הם אינם רואים את העולם בשחור לבן, כפי שנאמר לפעמים בטעות לגבי כלבים, אבל הם גם אינם נהנים מהגוונים הרבים שאנחנו רואים, וכשהם מסתכלים אל הקשת הם רואים פחות צבעים מאיתנו. הסיבה לכך שרוב היונקים אינם רואים צבע היטב היא, ככל הנראה, שהיונקים הראשונים פעלו בלילה. האור הקלוש בלילה אינו מאפשר ראיית צבעים טובה, ולעתים קרובות אינו מפעיל כלל את המדוכים. רק הקנים, הרגישים יותר לאור, מגיבים אליו. היונקים פיתחו עין שעוזרת לראיית לילה, על חשבון ההבחנה במגוון צבעים. מחקר שהתפרסם לפני כשנתיים הראה שהיונקים אף המירו חלק מהמדוכים שלהם לקנים, כדי לראות טוב יותר באור קלוש.

רוב היונקים, בהם כלבים, רואים פחות צבעים מאיתנו, אבל הם לא רואים את העולם בשחור ולבן | צילום: Shutterstock

מחזירים ומסננים

ליונקים רבים יש אמצעי נוסף לראיית לילה: שכבה מחזירת אור, הטפטום לוסידום (tapetum lucidum), הנמצאת ממש מאחורי הרשתית. קרני אור שלא נקלטו על ידי הקנים פוגעים בשכבה זו, מוחזרות החוצה לעבר הרשתית, וכך יש להן הזדמנות נוספת לפגוע בתאים קולטי האור. זו גם הסיבה שעיניהם של כלבים, חתולים, צבאים ובעלי חיים רבים נוספים זוהרות כשמאירים עליהם עם פנס בלילה. לקופים וקופי אדם, שרובם פעילים בעיקר ביום, אין שכבה מחזירת אור, ולכן העיניים שלהם – וגם שלנו – לא בוהקות כך.

לעומת היונקים, רוב העופות פעילים במשך היום, וזה היה המצב מאז שהתפתחו לראשונה. הציפורים, לכן, מסתמכות בעיקר על חוש הראייה ועל ראיית צבע, ויש להן עיניים משוכללות במיוחד. לרובן יש ארבעה סוגים של מדוכים, לעומת שלושה שלנו, והן קולטות אור גם באורך גל על-סגול, שהוא קצר מכדי שהעיניים שלנו יקלטו אותו. כשתוכי מסתכל אל הקשת הוא רואה אותה רחבה יותר משאנחנו רואים אותה, ועם יותר גוונים: לא רק על-סגול, אלא גם גווני ביניים שהם שילוב בין על-סגול לצבעים אחרים, כמו למשל כחול-על-סגלגל.

לעופות, כמו לזוחלים, יש אמצעי נוסף המאפשר להם לראות צבעים טוב יותר מאתנו. ברבים מהתאים קולטי האור בעיניהם, בעיקר במדוכים, יש טיפה קטנה של שמן המכילה פיגמנטים. היא משמשת כמעין פילטר, כך שרק אורכי גל מסוימים מגיעים אל החלבונים קולטי האור שבתא. יש כמה סוגים של טיפות שמן כאלו, עם פיגמנטים שונים וגם ללא פיגמנטים כלל, ובכל תא יש רק סוג אחד. טיפות השמן השונות מגדילות באופן אפקטיבי את מספר סוגי המדוכים, שכן בנוסף לתאים עם קולטן ירוק, אדום, כחול או סגול יש להם גם "תא עם קולטן אדום ופילטר צהוב" "תא עם קולטן ירוק ופילטר כתום" ועוד. כך המערכת הזו מאפשרת לעופות וזוחלים להבדיל אפילו טוב יותר בין גוונים שונים.

מחזירים אור בלילה בזכות שכבה מיוחדת המאפשרת לנצל כל פוטון באור חלש. עיני חתול | צילום: Shutterstock

עיניים מורכבות

לבעלי חיים חסרי חוליות יש עיניים שונות מאוד משלנו. לרוב החרקים, למשל, יש עיניים מורכבות, הנקראות כך משום שהם בנויות מהרבה יחידות קטנות. כל עינית כזו מצוידת בעדשה ובתאים קולטי אור, ובעין מורכבת יכולות להיות אלפי עיניות. החרקים קולטים את המידע מכל עינית ומעבדים אותו לתמונה שלמה.

בניגוד לאמונה הנפוצה, חרקים לא רואים את העולם במעין קליידוסקופ המורכב מתמונות קטנות רבות ודומות, אלא בצורה דומה למדי לזו שבה אנחנו רואים. אפשר לחשוב על העיניות, כמו גם על התאים קולטי האור בעיניים שלנו, כעל פיקסלים בתמונת מחשב, כל אחת מספקת מידע על אזור מסוים בתמונה. העיניות אמנם קטנות מאוד, בקוטר של מאית המילימטר בערך, אבל הן עדיין גדולות יותר מהתאים בעיננו, ולכן אפשר "לארוז" פחות מהן בשטח מסוים. כתוצאה מכך, לעיניים שלנו יש יותר "פיקסלים" ורזולוציה גבוהה יותר. החרקים רואים את אותה תמונה שאנחנו רואים, אבל לא באותה חדות. אחת הדרכים שבהן החרקים יכולים לשפר את חדות הראייה שלהם היא להגדיל את העיניים, כך שיהיו בהן יותר עיניות. ואמנם, העיניים הגדולות ביותר בעולם החרקים שייכות לטורפים כמו השפיריות, שזקוקים לראייה טובה במיוחד. עיני השפירית כוללות עד 30 אלף עיניות וכל אחת מהן בנויה כחצי כדור, וכך הן מאפשרות ראייה לכל הכיוונים בו זמנית.

חרקים גם רואים בצבע, בצורה דומה לבעלי חוליות. לחלקם יש שני סוגים של מדוכים, ולחלקם, כמו הדבורים שעליהן נערכו מחקרים רבים בנושא זה, יש שלושה סוגים, כמו לנו. אך הדבורים רואות צבעים שונים במקצת: הן קולטות גם אור על-סגול ולעומת זאת אינן קולטות אור אדום. הדבורים הן מאביקות חשובות של צמחים רבים, ומחקרים הראו שפעמים רבות הפרחים של הצמחים האלה מעוצבים בצורה שתמשוך אותן, עם קווים על-סגולים שמכוונים את העין למרכז הפרח. לעומת זאת, פרחים אדומים לא נראים לדבורים כמעניינים במיוחד, ובדרך כלל ציפורים הן שמאביקות אותם.

לבסוף, בנוסף לעיניים המורכבות, להרבה חרקים, מחגבים ועד נמלים, יש גם עיניים פשוטות עם עדשה אחת, לרוב שלוש עיניים כאלה בחלק העליון של הראש. נראה שלפחות אצל רוב החרקים העיניים הקטנות אינן מסוגלות ליצור תמונה של ממש, אבל הן רגישות מאוד לאור. לא ברור בדיוק למה הן משמשות, וההשערות נעות מעזרה לשמירת גוף ישר בזמן תעופה ועד ויסות השעון הפנימי. אצל שפיריות העיניים האלו מפותחות במיוחד, ומחקרים הראו שהחרקים האלו משתמשים בהן לראייה ממש וגם קולטים תנועה בעזרתן. היכולות האלו עוזרות לשפיריות להיות בין הטורפים היעילים ביותר בעולם.

כל עין מורכבת מ-30 אלף עיניות, מבנה המאפשר ראייה בכל הכיוונים. עיני שפירית | צילום: Shutterstock

קולטן אחד לצבעים רבים

במובנים רבים, העין של התמנונים והדיונונים (Cephalopoda) דומה מאוד לזו שלנו: גם להם יש עדשה שממקדת את האור על רשתית הבנויה מתאים קולטי אור. אך יש גם כמה הבדלים. מיקוד העדשה לא נעשה על ידי שינוי צורתה, כמו אצלנו, אלא על ידי הזזה שלה, כמו במצלמה. בנוסף, בניגוד לרשתית שלנו, הרשתית של התמנונים בנויה בצורה ה"נכונה" – התאים קולטי האור אכן פונים לכיוון שהאור מגיע ממנו, ותאי עצב הנמצאים בצד הקרוב למוח. מסיבה זו לתמנונים גם אין כתם עיוור.

לתמנונים יש רק סוג אחד של תאים קולטי אור, ולכן היינו מצפים שהם לא יבחינו כלל בין צבעים שונים. אך חוקרים חשדו כבר זמן רב שזה לא המצב, שכן בעלי החיים האלו משנים את צבע עורם להסוואה וגם לתקשורת זה עם זה, למשל בטקסי חיזור. טקסים כאלו כמובן לא יהיו יעילים במיוחד אם המחוזרת אינה רואה את שינויי הצבעים.

מחקר שהתפרסם לפני כשנתיים הציע שהפתרון טמון בצורה המיוחדת של האישון שלהם. לתמנונים ודיונונים יש אישונים מוזרים למדי, שיכולים להיות בצורה של U או אפילו W. זה גורם לאור הנכנס לעין להתפזר, ואור באורכי גל שונים מתפזר באופן שונה. התמנונים מסוגלים לשנות מאפיינים של העין שלהם, כמו למשל המרחק בין העדשה לרשתית, וכך למקד אורכי גל מסוימים על התאים קולטי האור.

צורה זו של ראיית צבע עשויה להיות יעילה יותר בתנאים של אור מועט, שאופייניים למים שהתמנונים חיים בהם. "ברשתית של עין האדם, אם פוטון (חלקיק-אור) אדום פוגע בקולטן אור המגיב לאור ירוק, הוא כנראה לא יפעיל אותו, והפוטון הזה הולך לאיבוד" אמר אלכסנדר סטאבס (Stubbs), שהוביל את המחקר, לאתר גיזמודו. "אפשר לשער שעם סוג אחד של קולטן אור שפרוש לאורך כל הרשתית, תזדקק להרבה פחות פוטונים".

וכאילו זה לא מספיק, ממצאים מהשנים האחרונות מראים שלתמנונים יש חלבונים רגישים לאור לא רק בעיניים, אלא גם בעור. ייתכן שזו הדרך שבה הם מווסתים את שינויי הצבע שלהם.

למרות מגוון המדוכים, ראיית הצבעים של חסילון המנטיס היא בין הגרועות בעולם החי | צילום: Science Photo Library

אפרוריות מפתיעה

חסילון המנטיס (Stomatopoda) הוא סרטן קטן (שלמרות שמו דווקא אינו חסילון) בעל תכונות מדהימות כמו עוצמת חבטה אדירה עם הצבתות שלו. עם כוח על מדהים למדי: הוא מסוגל לחבוט בעזרת הצבת שלו בכוח מספיק כדי לנפץ דפנות של אקווריום. כשהוא צד, הוא אפילו לא צריך לפגוע בטרף שלו: המכה מהירה וחזקה כל כך שהיא גורמת למים להידחס, להתחמם ולהפוך לאדים. בועות מלאות אדים נוצרות וכמעט מיד קורסות ומשחררות גל הדף שהוא עצמו מספיק בשביל להמם טרף קטן.

בנוסף, לחסילון המנטיס יש מספר שיא של סוגי תאים קולטי אור. לא שלושה מדוכים כמו אצלנו, לא ארבעה כמו אצל הציפורים, אלא 12 סוגים שכל אחד מהם מגיב לאורך גל שונה. עם עיניים הקולטות כל כך הרבה צבעים, אפשר רק לשער אילו גוונים ותתי-גוונים, שאנחנו לא רואים גם בחלומותינו, מסוגל הסרטן לתפוס. הקשת בענן ודאי נראית לו כמו מערכת קווים דקיקים, משתנה ללא הרף מגוון אחד למשנהו.

או שלא. כשבדקו עד כמה הסרטנים באמת מסוגלים להבחין בין גוונים שונים, התברר שהם לא טובים בכך במיוחד. שלא לומר, ממש גרועים בזה.

במחקר לימדו החוקרים את הסרטנים להתקרב לאחד משני צבעים כדי לזכות במזון, ואז בדקו אם הם יכולים להבחין בין הצבע ה"נכון" לשורה של צבעים אחרים, דומים לו יותר ויותר. כשאורכי הגל של הצבעים היו רחוקים זה מזה בכ-50 ננומטר הסרטנים הצליחו להפריד ביניהם, אך כשהם התקרבו קצת יותר, כ-25 ננומטר, הם כבר לא היו מסוגלים לעשות זאת. בני אדם, עם שלושה מדוכים בלבד, מסוגלים להבחנה דקה בהרבה. "הופתענו לגלות שהתוצאה שלהם הייתה הגרועה ביותר מכל בעל חיים שנבחן בצורה כזו" אמר ג'סטין מרשל (Marshall), שהוביל את המחקר, בתכנית "רדיולאב".

החוקרים הסיקו מכך שהסרטנים אינם מעבדים את התמונה המגיעה מהעין בצורה שאנחנו עושים זאת, דרך חיבור של מידע ממדוכים שונים ליצירת שפע של גוונים. העיבוד שלהם פשוט בהרבה: כל אחד מסוגי המדוכים שלהם מזהה גוון מסוים וזהו, הם אינם מתערבבים ליצירת רצף כפי שקורה אצלנו. כשחסילון מנטיס מסתכל אל הקשת, ייתכן שהוא רואה רצף של 12 פסים נפרדים לחלוטין, בעלי גבולות ברורים. "יש להם מערכת מדהימה ושונה באופן לא יאומן מכל בעל חיים אחר בכדור הארץ. אתה צריך לשאול את עצמך את השאלה: למה? אני שואל את עצמי את זה כבר 30 שנה, ועדיין לא עניתי עליה" אמר מרשל.