какая скорость реакции у мухи
Намного быстрее: почему так трудно прихлопнуть муху
Мухи — назойливые насекомые, которых не так легко словить. Они способны улететь в самый последний момент, даже если вы подберетесь к ним с задней стороны. Они проворны и наблюдательны, и это делает их трудной добычей. В данной статье мы рассмотрим, почему насекомое размером с ноготь способны уйти от рокового удара за доли секунды.
Как видят мухи
Будучи школьниками на уроках биологии, мы изучали строение зрительного органа мухи. Из этих занятий можно вспомнить, что зрение членистоногого отличается от органа зрения человека или животного. Различия начинаются с анатомического строения.
Наблюдая большие глаза мухи, можно увидеть, что они состоят из маленьких кластеров. Эти ячейки называются фасетками или омматидиями. Кластеры напоминают по строению пчелиные соты или правильный шестигранник. Всего у мухи таких фасеток насчитывают порядка 3 500. Каждая из сот обрабатывает отдельную область видимости. Конечное изображение получается путем сложения пазла из 7000 (иногда больше) кусочков.
Муха обладает практически панорамным зрением на 360 градусов. Это происходит за счет того, что каждый фасеточный глаз обладает полусферической формой. Именно такое строение позволяет насекомому заметить приближающуюся опасность, даже сзади.
Также у мухи есть три обычных глаза. Они находятся в промежутке между фасеточными глазами. Их предназначение — наведение резкости на объекте.
Но панорамное зрение — это только половина секрета, который позволяет мухе вовремя уходить от опасности. Самая главная особенность зрительного органа – это скорость обработки полученного визуального сигнала.
Время относительно
Человеческий мозг способен обрабатывать визуальный ряд окружающего мира со скоростью 24 кадра в секунду. Это приемлемая граница, которую способен понять наш мозг. Конечно, в компьютерных играх или высокочастотных мониторах и телевизорах скорость отображения картинки может достигать 60 кадров. Но по факту человеческий глаз способен адекватно обрабатывать до 24 кадров.
Теперь представьте, что в секунду вы обрабатываете не 24, а 240 кадров в секунду. По факту в одну секунду вы умещаете 10-ти секундный визуальный ряд. В этом случае картина мира как бы замедлится в 10 раз. Время станет медленным и тягучим, будто вы попали в сцену slowmotion (эффект замедления) в фильме. Кажется, что такое невозможно, но это не так.
В таком мире живет муха. Только ее зрительный орган способен обрабатывать до 300 кадров в секунду. Этот показатель называется «скорость слияния мельканий». Именно эта способность позволяет мухе быстро отреагировать на приближающуюся угрозу и спокойно избежать ее.
Исследования профессора Роджер Харди из Кембриджского университета
В свое время уникальной реакцией насекомого на опасность заинтересовался ученый из Кембриджского университета — Роджер Харди. Он препарировал зрительный орган членистоногого и выяснил много интересных особенностей.
Муха отлично видит при дневном свете и даже может различать отдельные спектры ультрафиолета. Однако она практически слепа ночью, так как фасетки способны улавливать только дневной свет.
Получается, что мухе помогают выжить три способности:
панорамное зрение на 360 градусов;
высокая скорость слияния мельканий и их обработки;
особое строение нервных путей.
Перечисленные особенности делают насекомое быстрым и ловким. Но в природе есть живые существа, которые обрабатывают сигналы из окружающего мира еще быстрее. И один из таких представителей — муха-убийца. Прямой враг обычной мухи.
Муха против мухи
Отдельные виды мух в ходе эволюции научились охотиться на своих сородичей. Причем делает они это весьма удачно.
Мухи-убийцы научились так ловко ловить других мух за счет усиленного питания органов зрения. И тут опять нужно вспомнить школьный курс анатомии и биологии.
В органическом мире вся энергия для обеспечения работы клеток берется из митохондрий. Это энергетические заводы, которые обеспечивают ткани и органы. Чем больше митохондрий, тем продолжительнее и эффективней будет работать клетка и весь орган.
Теперь вернемся к мухам-убийцам. У этих насекомых в глазах находится большее количество митохондрий, по сравнению со другими представителями данного вида. Больший энергетический запас позволяет им видеть мир еще быстрее. Это позволяет им ловить своих жертв практически на лету, не оставляя им никаких шансов.
Итак, самый эффективный способ поймать и прихлопнуть муху — это не мухобойка или кусок газеты. Насекомое полетит в ловушку само, если та не будет угрожать ей. Используйте липкие ленты или банки с водой и дрожжами, чтобы муха сама нашла свою погибель.
Новое в блогах
Мухи-убийцы умеют замедлять время
Попробуйте прихлопнуть муху и вы сразу поймете, что она быстрее вас. Намного быстрее. Как же этим крошечным существам с их микроскопическими мозгами удается так легко обвести нас вокруг пальца?
Вероятно, вы задумывались над этим, безуспешно гоняясь с мухобойкой по комнате за назойливой тварью. Как они так ловко уворачиваются? Неужели они умеют читать наши мысли?
Ответ заключается в том, что, по сравнению с человеком, мухи видят происходящее в замедленном темпе.
Взгляните на часы с секундной стрелкой. Они тикают с определенной скоростью. Но черепахе будет казаться, что стрелка тикает в четыре раза быстрее. А для большинства видов мух, наоборот, отсчет секунд будет тянуться примерно в четыре раза медленнее. По сути, у каждого биологического вида свое восприятие течения времени.
Это происходит потому, что все живые существа, наделенные зрением, воспринимают окружающий мир как непрерывное видео, но изображение, передающееся из глаз в мозг, они сводят в отдельные кадры с разной заданной частотой.
Скорость, с которой эти изображения обрабатываются мозгом, называется «частотой слияния мельканий». Как правило, чем меньше биологический вид, тем выше скорость подачи световых импульсов, и поэтому мухи постоянно оставляют человека с носом.
Муха против мухи
На видеозаписи видно, что сначала муха-убийца сидит неподвижно. Но как только комнатная муха пролетает примерно в семи сантиметрах над ней, охотница совершает молниеносный бросок, а затем обе оказываются на дне камеры.
Лишь после просмотра замедленной съемки на компьютере становится ясно, что произошло: муха-убийца взлетела, трижды облетела жертву, несколько раз пытаясь ее схватить, прежде чем ей удалось это сделать передними лапами, сбить на пол и впиться в добычу.
Эти клетки вырабатывают энергию, необходимую световым рецепторам глаза. Быстрое зрение потребляет больше энергии, чем медленное, и плотоядная диета мухи-убийцы обеспечивает питание энергоемких клеток.
Но даже если бы человек имел такое же количество митохондрий в глазах, у нас не было бы столь высокой скорости зрения, потому что светочувствительные клетки мух по конструкции сильно отличаются от человеческих.
К этим структурным различиям привел процесс эволюции. Развитие глаз у членистоногих и позвоночных пошло совершенно разными путями около 700-750 миллионов лет назад.
Струнная теория
Зрение позвоночных устроено по-другому: в глазу у них имеются длинные трубчатые клетки, обращенные к источнику света, с химическими веществами, которые реагируют на сигнал.
Есть несколько причин более высокой чувствительности механической системы передачи данных.
Прежде всего «струны» позволяют ускорить нейронные сигналы. Кроме того, у нейронных импульсов существует предел скорости, и благодаря меньшей протяженности нерва от глаза до мозга у членистоногих по сравнению с более крупными позвоночными процесс передачи данных протекает быстрее.
Впрочем, и некоторые позвоночные имеют гораздо более быстрое зрение, чем человек. Похоже, что с быстрым зрением взаимосвязана способность летать. Вероятно, летающим существам небольших размеров необходима быстрая реакция во время полета, чтобы не врезаться в препятствие.
Всё относительно
Среди позвоночных самое быстрое зрение встречается у животных и птиц, которые ловят насекомых в воздухе.
Шведские ученые из Уппсальского университета обнаружили, что птичка мухоловка способна распознавать свет, который вспыхивает и выключается 146 раз в секунду.
Этот показатель примерно вдвое больше, чем у человека, хотя и не столь высокий, как у средней мухи.
Способность «замедлять время» развилась у мухоловок в процессе эволюции. Особи, способные перехитрить добычу, стали питаться сытнее, приносить больше потомства и передавать ему по наследству быстрое зрение родителей.
Но эволюционная «гонка вооружений» никогда не заканчивается. Мухи, за которыми гоняются птицы с быстрым зрением, тоже развивают скорость реакции, и так далее.
В общем, в другой раз после неудачной попытки пристукнуть муху не унывайте. В том, что ваши движения столь медленны и неуклюжи, виноваты сотни миллионов лет естественного отбора, научившего мух неспешно наблюдать за вами.
Почему муху так сложно прихлопнуть?
Попробуйте прихлопнуть муху, и вскоре вы убедитесь, что она быстрее вас. Намного быстрее. Но каким же образом эти крохотные существа с их мельчайшим мозгом так легко нас обманывают?
Вы, вероятно, размышляли об этом, после того, как бегали за мухой по всему дому, размахивая тапком, и раз за разом неудачно им хлопая. Как она так быстро двигается? Она что, читает мои мысли?
Этот вопрос был освещён в последнем эпизоде нашей передачи BBC World Service CrowdScience, где рассказывалось о суперспособностях маленьких животных. Суть ответа состоит в том, что по сравнению с нами, мухи воспринимают наш мир в замедленном виде.
Для иллюстрации обратите внимание на часы с секундной стрелкой. Человек видит перемещения стрелки с определённой скоростью. Для черепахи эта скорость в два раза больше. Для большей части видов мух каждое тиканье часов длится примерно в четыре раза дольше. Воспринимаемая скорость времени у разных видов разная.
Это происходит оттого, что животные воспринимают окружающий их мир в виде непрерывного видео. На самом деле они строят эту картинку на основе изображений, поступающих из глаз в мозг в виде отдельных вспышек, определённое количество раз в секунду. У человека происходит примерно 60 таких вспышек в секунду, у черепах – 15, у мух – 250.
Скорость, с которой эти изображения обрабатываются мозгом, называется «скоростью слияния мельканий». Обычно, чем меньше вид, тем больше у него скорость слияния – и тут мухи нас сильно опережают.
Профессор Роджер Харди из Кембриджского университета изучает работу глаз мухи, и у него есть эксперимент для определения скорости слияния мельканий.
«Скорость слияния мельканий – это просто мера того, как быстро нужно отключать и включать обратно свет, чтобы он казался непрерывным», – говорит профессор Харди.
Роджер вставляет крохотные стеклянные электроды в живые светочувствительные клетки глаз – фоторецепторы – а затем использует светодиоды, мигающие со всё увеличивающейся скоростью. Каждая вспышка светодиода вызывает небольшой электрический ток в фоторецепторах, и его можно увидеть на экране компьютера. Тесты показывают, что наиболее быстрые мухи реагировали на мигание, происходящее до 400 раз в секунду – это больше, чем в шесть раз превышает нашу скорость.
Самое быстро зрение из всех было обнаружено у мух, которых буквально называют «мухи-убийцы» [судя по всему, имеется в виду вид Coenosia attenuata, т.н. муха-охотник, происходящая с юга Европы / прим. перев.]. Это небольшие хищные мухи, живущие в Европе, ловящие других мух в воздухе, и обладающие сверхбыстрой реакцией. В мушиной лаборатории Кембриджского университета доктор Палома Гонзалес-Беллидо демонстрирует охоту мух-убийц, выпуская в специальный бокс для съёмки жертв в виде плодовых мушек.
Палома записывает их поведение на скорости в 1000 кадров в секунду при помощи специальной камеры. Соединённый с нею компьютер записывает видео, которое перезаписывается каждые 12 секунд. Во время движения мухи Палома нажимает кнопку, если хочет, чтобы последние 12 секунд видео записались надолго.
«Наше время реакции настолько плохое, что если бы мы захотели остановить видео, думая, что что-то происходит, оно бы уже произошло», – говорит Гонзалес-Беллидо. Мы даже не успеваем нажать кнопку до того, как всё произойдёт – настолько это быстро.
Попав в бокс с жертвами, муха-убийца сначала сидела неподвижно, но как только плодовая мушка пролетела в 7 см от неё, сделала резкое движение, и внезапно муха-убийца оказалась на дне коробки, пережёвывая дрожащую мушку.
Только при просмотре замедленного видео на компьютере стало понятно, что произошло: муха-убийца взлетела, облетела плодовую мушку вокруг три раза, постоянно пытаясь схватить, а затем ей всё же удалось схватить её за передние лапки.
И вся эта история заняла всего одну секунду. Глаза воспринимают это как мелькание, поэтому хлопающая рука человека для мухи должна двигаться с черепашьей скоростью.
Чтобы муха-убийца могла двигаться так быстро, опережая даже других мух, светочувствительные клетки в её глазах содержат гораздо больше митохондрий («батареек» биологических клеток»), чем у других мух.
Это батареи, питающие клетку, поэтому быстрое зрение должно отнимать больше энергии, чем медленное. Это объясняет, почему глаза просто не установлены в режим самого быстрой работы из возможных.
Плотоядная диета мух-убийц даёт им много энергии, необходимой для питания высокоэнергетических клеток. Но даже если бы в клетках наших глаз было столько же митохондрий, у нас не было бы такого скоростного зрения, поскольку светочувствительные клетки мух устроены совсем по-другому, не как у позвоночных.
Причиной структурных различий в строении глаз является эволюция. У членистоногих и позвоночных, групп для мух и людей соответственно, эволюция глаз шла раздельно последние 700-750 млн лет.
Глаза мух эволюционировали, чтобы воспринимать свет через набор крохотных струноподобных структур, расположенных горизонтально по пути следования света в глазу. Эти структуры механически реагируют на свет, в то время как у позвоночных есть вытянутые клетки, похожие на трубочки, направленные в сторону света, в которых на свет реагируют химические соединения.
Роджер в своей лаборатории изучает структуру глаза мухи. «Он более чувствительный, в том смысле, что способен выдавать большой сигнал для самого малого количества света, а также он может реагировать быстрее, чем палочки и колбочки в глазу позвоночных», – поясняет он.
Этой повышенной чувствительности есть несколько причин, но именно Харди обнаружил, что они реагируют на свет механически, а не химически, как колбочки и палочки.
Механическое реагирование позволяет быстрее создавать нервные сигналы. Кроме того, существует ограничение скорости, с которой нервные импульсы могут идти – и короткое расстояние между глазом и мозгом мухи ускоряет процесс по сравнению с крупными позвоночными.
У некоторых позвоночных зрение быстрее нашего. Судя по всему, умение летать коррелирует со скоростью зрения, как и малый размер. Возможно, это связано с тем, что небольшие летающие животные должны уметь быстро реагировать в полёте, чтобы избегать приближающихся препятствий.
Самое быстрое зрение обнаружено у видов, ловящих мух в воздухе.
Исследуя зрение мухоловки-пеструшки, небольшой птички отряда воробьинообразных, ловящей мух на лету, учёные из Университета в Упсала в Швеции обнаружили, что она способна различать мигание света со скоростью 146 раз в секунду.
Птиц дрессировали так, чтобы они связывали мигающий свет с угощением, и они успешно отличали мигающий свет до скоростей 146 раз/с. Это примерно в два раза быстрее, чем могут видеть люди, но не так быстро, как у средней мухи. А это значит, что птицы, как и мухи, воспринимают каждое тиканье часов медленнее людей.
На мухоловок давит эволюция, заставляя воспринимать ход времени так медленно, как это возможно, чтобы опередить их быструю добычу. В ходе эволюции птицы, воспринимающие время медленнее, могут быстрее реагировать на добычу, едят больше, выращивают больше птенцов и передают скоростное зрение будущим поколениям.
Мухи, которых ловят птицы с быстрым зрениям, тоже будут вырабатывать ускоряющуюся реакцию, чтобы избежать поимки. Эта эволюционная гонка вооружений идёт больше, чем существуют сами птицы. Мухи, бывшие добычей, вырабатывали быстрое зрение, чтобы избежать поимки хищных мух с тех пор, как они научились летать.
В следующий раз, когда вы безуспешно попытаетесь прихлопнуть муху, не расстраивайтесь. Ваше неуклюжее и медленное движение встретилось с миллионами лет естественного отбора, который позволил мухам воспринимать ваши попытки в замедленном виде. В общем, для вас и для мухи время, судя по всему, идёт относительно.
Автор фото, Science Photo Library
Попробуйте прихлопнуть муху и вы сразу поймете, что она быстрее вас. Намного быстрее. Как же этим крошечным существам с их микроскопическими мозгами удается так легко обвести нас вокруг пальца?
Вероятно, вы задумывались над этим, безуспешно гоняясь с мухобойкой по комнате за назойливой тварью. Как они так ловко уворачиваются? Неужели они умеют читать наши мысли?
Ответ заключается в том, что, по сравнению с человеком, мухи видят происходящее в замедленном темпе.
Взгляните на часы с секундной стрелкой. Они тикают с определенной скоростью. Но черепахе будет казаться, что стрелка тикает в четыре раза быстрее. А для большинства видов мух, наоборот, отсчет секунд будет тянуться примерно в четыре раза медленнее. По сути, у каждого биологического вида свое восприятие течения времени.
Автор фото, Science Photo Library
Для мухи время течет гораздо медленнее, чем для человека
Это происходит потому, что все живые существа, наделенные зрением, воспринимают окружающий мир как непрерывное видео, но изображение, передающееся из глаз в мозг, они сводят в отдельные кадры с разной заданной частотой.
Время относительно
Скорость, с которой эти изображения обрабатываются мозгом, называется «частотой слияния мельканий». Как правило, чем меньше биологический вид, тем выше скорость подачи световых импульсов, и поэтому мухи постоянно оставляют человека с носом.
Конец истории Подкаст
Профессор Роджер Харди из Кембриджского университета демонстрирует, как работает глаз мухи.
Фоторецепторы реагируют на каждую вспышку светодиода электрическими импульсами, которые отображаются на экране компьютера.
Тесты показывают, что у некоторых мушиных особей рецепторы отчетливо реагируют на мигание до 400 раз в секунду, более чем в шесть раз быстрее, чем человеческий глаз.
В своей «мушиной лаборатории» в Кембриджском университете доктор Палома Гонсалес-Беллидо демонстрирует сверхбыструю реакцию охотника, запустив обычных комнатных мух в специальную камеру к самке мухи-убийцы.
Глаза мухи-убийцы содержат гораздо больше митохондрий, чем глаза других видов мух
С помощью скоростной видеокамеры Палома записывает поведение охотника и жертвы с частотой 1000 кадров в секунду. Компьютер постоянно сохраняет последние 12 секунд видеозаписи.
Вот в камере что-то происходит, и Палома нажимает кнопку, чтобы остановить запись.
Доктор Палома Гонсалес-Беллидо демонстрирует сверхбыструю реакцию мухи-убийцы
Получается, мы даже не можем нажать кнопку вовремя.
Муха против мухи
На видеозаписи видно, что сначала муха-убийца сидит неподвижно. Но как только комнатная муха пролетает примерно в семи сантиметрах над ней, охотница совершает молниеносный бросок, а затем обе оказываются на дне камеры.
Лишь после просмотра замедленной съемки на компьютере становится ясно, что произошло: муха-убийца взлетела, трижды облетела жертву, несколько раз пытаясь ее схватить, прежде чем ей удалось это сделать передними лапами, сбить на пол и впиться в добычу.
Эти клетки вырабатывают энергию, необходимую световым рецепторам глаза. Быстрое зрение потребляет больше энергии, чем медленное, и плотоядная диета мухи-убийцы обеспечивает питание энергоемких клеток.
Но даже если бы человек имел такое же количество митохондрий в глазах, у нас не было бы столь высокой скорости зрения, потому что светочувствительные клетки мух по конструкции сильно отличаются от человеческих.
К этим структурным различиям привел процесс эволюции. Развитие глаз у членистоногих и позвоночных пошло совершенно разными путями около 700-750 миллионов лет назад.
Струнная теория
Зрение позвоночных устроено по-другому: в глазу у них имеются длинные трубчатые клетки, обращенные к источнику света, с химическими веществами, которые реагируют на сигнал.
Профессор Роджер Харди изучает структуру глаза мухи
Есть несколько причин более высокой чувствительности механической системы передачи данных.
Прежде всего «струны» позволяют ускорить нейронные сигналы. Кроме того, у нейронных импульсов существует предел скорости, и благодаря меньшей протяженности нерва от глаза до мозга у членистоногих по сравнению с более крупными позвоночными процесс передачи данных протекает быстрее.
Впрочем, и некоторые позвоночные имеют гораздо более быстрое зрение, чем человек. Похоже, что с быстрым зрением взаимосвязана способность летать. Вероятно, летающим существам небольших размеров необходима быстрая реакция во время полета, чтобы не врезаться в препятствие.
Всё относительно
Среди позвоночных самое быстрое зрение встречается у животных и птиц, которые ловят насекомых в воздухе.
Шведские ученые из Уппсальского университета обнаружили, что птичка мухоловка способна распознавать свет, который вспыхивает и выключается 146 раз в секунду.
Этот показатель примерно вдвое больше, чем у человека, хотя и не столь высокий, как у средней мухи.
Способность «замедлять время» развилась у мухоловок в процессе эволюции. Особи, способные перехитрить добычу, стали питаться сытнее, приносить больше потомства и передавать ему по наследству быстрое зрение родителей.
Но эволюционная «гонка вооружений» никогда не заканчивается. Мухи, за которыми гоняются птицы с быстрым зрением, тоже развивают скорость реакции, и так далее.
В общем, в другой раз после неудачной попытки пристукнуть муху не унывайте. В том, что ваши движения столь медленны и неуклюжи, виноваты сотни миллионов лет естественного отбора, научившего мух неспешно наблюдать за вами.
Время между вами и мухой очень относительно.
«Осторожно, люди!»: нет ничего быстрее мухи
Был как-то в гостях в гостях у своей сестры. Погода стояла теплая, обедали в садике.»А Бежан стал буддистом» — сказала Наташа, —»в смысле, муху не разрешает убить». Бежан, ее муж, сидел тут же. «Зачем ее убивать, — сказал он, — можно просто отогнать. Муха такая красивая. Какие переливы цвета!»
Беседа не задалась. Наташа была воспитана в традициях гигиены, мытья рук и питья кипяченой воды. Красоту мухи ей не преподавали.
Об изысканности насекомых не раз писала прогрессивная печать. Действительно, глядя на сороконожку, поневоле задумаешься. Очевидно, что каждая ее нога должна получать двигательный импульс из мозга, если он у нее есть, причем все эти многочисленные ноги должны двигаться в строгой последовательности и координации. Иной человек запутается в своих конечностях – сороконожка – никогда.
Ученые посчитали, что сегодня в мире живет миллиард миллиардов насекомых, в общей своей биомассе намного превосходя ожиревшее человечество. В учебниках, энциклопедиях и справочниках описаны 900 тысяч видов известных и открытых насекомых, но еще многие миллионы ждут своего открытия.
Богомол с острова Борнео достигает длины в 14 дюймов, это примерно 35 сантиметров, рогатые жуки Южной Америки вырастают до 15-ти сантиметров. Сверчок может выдержать вспышку радиации, от которой человек погибнет.
О взаимоотношениях человека и насекомых сложены поговорки, например —»он мухи не обидит». Хочу вам доложить: муху обидеть невозможно. Только сгонишь ее обидным словом или жестом, глядишь — она, описав несколько восьмерок, возвращается на то же место. И реакция и нее быстрее нашей – поймать муху можно, только хорошенько потренировавшись.
Журнал Animal Behaviour (Поведение Животных) поместил статью с новейшими научными изысканиями. Оказывается, скорость переработки визуальной информации у целого ряда животных быстрее, чем у человека. У кошки — в полтора раза, у собаки в два, у резус-макаки — в два с половиной, а у скромной домашней мухи, снабженной, кстати, двумя огромными (по ее размеру) сетчатыми глазами, реакция почти в семь раз быстрее человечьей.
Вот вы подкрадываетесь к мухе с газетой или тапочкой в руке, бьете изо всех сил. Хлоп! — а под газетой или тапочкой ничего нет. Злодейка улетела. Как так? Ведь скорость вашего снаряда была такой быстрой.
Это для вас. С точки зрения мухи, на нее опускалась газета в красивом замедленном действии, как в спецэффектах кино, когда пуля застывает в полете.
Не отчаивайтесь. Есть животные, рядом с которыми мы быстры как муха. Тигровая саламандра — 75 %, черноносая акула — 45%, черепаха 37% и европейский угорь — 35% процентов от скорости реакции человека.