A fényben rejlő energia az élő napelemek, a zöld növények révén az élet kémiai fogaskerekeit hajtja. A Földet érő fotonzápor ugyanakkor lehetőséget ad a távérzékelésre is, méghozzá szinte kihagyhatatlan lehetőséget, hiszen alig-alig találunk olyan élőlényeket, amelyek ne akartak volna a látás valamilyen egyszerűbb vagy bonyolultabb változatával élni. A látás, ami legegyszerűbben nem más, mint a fény felhasználása távérzékelésre a szemek által, legalább negyven alkalommal alakult ki egymástól függetlenül az evolúció során. A különböző állatcsoportok rendkívül sokféle, gyakran teljesen eltérő megoldást fejlesztettek ki arra, hogy fény által a környezetükről információt szerezzenek, homályosabb vagy részletgazdagabb, színtelen vagy színekben pompázó képet alkossanak.
Abban nagy egyetértés uralkodik az állatvilágban, hogy mi is a fény látható, távérzékeléshez felhasználható tartománya; esetleg a tartomány szélességét, alsó és felső határait kissé máshol húzzák meg. Általában az ultraibolya és az infravörös tartomány közé eső szakaszról van szó. Egyes élőlények, pl. a madarak, bizonyos hüllők és a rovarok szeme az ultraibolya tartomány számunkra láthatatlan sugarait is érzékeli. Vannak olyan kígyók, amelyek az infravörös sugárzást is képesek valamiféle, látáshoz hasonló távérzékelésre felhasználni, de ehhez nem a szemüket használják.
A látás alapkövei a fényérzékeny sejtek. Ezekben a sejtekben festékanyagok (pigmentek) találhatók, amelyek a fotonok elfogásának hatására molekuláris szerkezeti változáson esnek át, ami idegi impulzust generál. Ez az idegi impulzus továbbítódik az agyba, amely az egyes fényérzékeny sejtekből jövő információk összegzésével és kiértékelésével megalkotja a képet.
A látás legegyszerűbb formáiban a fényérzékeny sejtek elszórva találhatók a test egész felületén, mint sok egysejtű és féreg vagy néhány csalánozó és tüskésbőrű testén. Ez a kezdetleges megoldás még a fény irányának érzékelésére is kevéssé alkalmas, mindössze a megvilágítás mértékéről szolgáltat információt.
A fény irányának érzékeléséhez a fényérzékeny sejteket egyetlen felületre kell csoportosítani (ideghártya vagy retina), hátulról a fény számára áthatolhatatlan réteggel leárnyékolni, és a fényérzékeny sejtek rétegét ívvé kell hajlítani. Homorú vagy domború ív egyaránt megfelel a célnak, és mindegyikre bőven szolgáltat példákat az állatvilág. Homorú ívű többek közt a kagylók kehelyszeme vagy a mi hólyagszemünk, domború ívű a rovarok összetett szeme. Az előbbi típus fordított állású képet közvetít a külvilágról, az utóbbi pedig egyenes állásút, de ez csak „technikai” részletkérdés, amit az agynak kell megoldani, és meg is birkózik ezzel a feladattal.
Bármely, szemet tervező mérnök munkájában a fényérzékeny sejtek a fény felé néznének, nem pedig a szemet hátulról leárnyékoló réteg irányába – hisz az utóbbi esetben a fénynek először át kell jutni az idegsejt-nyúlványok kusza vezetékhálózatán, mielőtt elérné a fénycsapdákat. Valóban, az állati szemek jelentős részében a fényérzékeny sejtek a fény felé néznek, de ott van például a laposféreg kehelyszeme, ahol a fényérzékeny réteg „háttal áll” a fénynek. Nem érdemes azonban élcelődnünk ezen a nyilvánvaló mérnöki esetlenségen, mert a helyzet az, hogy a mi szemünkre is ugyanez a fordított elrendezés jellemző. Jó példa ez arra, hogy mennyire nem mérnöki módon tervezett, hanem esetleges egy-egy evolúciós útvonal. A kiindulási állapot elrendezésén gyökeres változtatás, „újratervezés” már nem eszközölhető a későbbiekben, hiszen a szervnek folyamatosan, a fejlődés minden stádiumában működőképesnek kell maradnia.
Maradjunk először a fényérzékeny sejtek homorú ívvé hajlítását választó szemek világában! Ennek legegyszerűbb esete a kehelyszem, amely többek közt számos laposféreg, gyűrűsféreg és kagyló ablaka a világra. Az ablak üvege azonban kissé homályos, mert a kehelyszem a fény irányának és erejének érzékelésére alkalmas, de éles képalkotásra nem – egyszerűen túl sok kép vetül ugyanarról a tárgyról a retinára. Ezzel a szemtípussal tehát világos, de meglehetősen életlen kép alkotható csupán. Ha a kehely fény felé néző része összeszűkül – ilyen például a sötétkamraszem – és lényegesen kevesebb fényt enged be, csökken az adott tárgyról létrejövő képek zavaróan nagy száma, így élesebb kép alkotható. De mindennek ára van, mert a kevesebb beengedett fény miatt a kép ugyan élesebb, de sokkal sötétebb is. Ehhez a szemtípushoz a ma is élő állatok közül már csak a csigáspolip (Nautilus) ragaszkodik, de a kihalt ammoniteszek látószerve is ilyen volt.
Puhatestű kehelyszem keresztmetszet vázlatos rajza (balra) és csigáspolip sötétkamraszeme
A fényérzékeny sejteket homorú ívvé hajlító fejlettebb szemtípusokban a szemlencse kialakulása oldotta fel az éles vagy világos kép kehely- és sötétkamraszemekre jellemző ellentmondását. A lencsés szemekbe a világos képalkotáshoz elég fény engedhető be, amit a domború lencse megtör és fókuszpontba gyűjt, így egyetlen éles kép jön létre. Érdekes különcök a fésűkagylók, náluk a retina előtt elhelyezkedő domború lencse helyett a retina mögött lévő homorú tükör látja el ugyanazt a feladatot. A szemlencsés megoldás legfejlettebb változatát a hólyagszemek képviselik. Hólyagszemekkel nem csak mi és gerinces társaink büszkélkedhetünk, mert tőlünk függetlenül jutottak ugyanerre a megoldásra a lábasfejűek is. Ráadásul a lábasfejű hólyagszemben a fényérzékeny sejtek a fény felé néznek, a gerinces hólyagszemben pedig az ellenkező irányba (inverz szem). Ennek a fejleménynek köszönhető retinánkon a vakfolt: a fényérzékeny sejtek idegsejt-nyúlványai ezen a területen „törnek át” a retinán az agy felé haladva – muszáj, ha már egy réges-régi „tervezési hiba” miatt a retina rossz oldalán rekedtek. Saját szemtípusunkról lévén szó, elfogultan elnézőek vagyunk ezzel a „tervezési hibával”, ahogy arra a vakfolt szó is utal: jóval nagyobb területet foglal el a retinából, mint amit más esetben „foltnak” neveznénk. Az agy azonban mindent megtesz, hogy elterelje a figyelmet erről a hajdani rossz ötletről, így a vakfoltok helyén is kiegészíti az alkotott képet.
Hólyagszemek: ember és tintahal
A hólyagszemeknek a különböző fényviszonyokhoz és a különböző távolságban lévő tárgyakhoz is alkalmazkodni kell. A szembe beengedett fény mennyiségét a pupilla tágulása, illetve szűkülése szabályozza – ezért nagyobb a pupillánk kevesebb fényben. A távolsági alkalmazkodás (akkomodáció) keményebb dió: a szemlencsének a közelebbi és távolabbi tárgyakról érkező fényt is pontosan a retinára kell fókuszálnia. Talán már meg sem lepődünk, hogy erre is különböző megoldások jöttek létre, egymástól függetlenül. A mi szemünkben (csakúgy, mint a többi emlősében), valamint a madarak és sok hüllő szemében a lencse alakját bizonyos izmok megváltoztatják, amikor távolra vagy közelre nézünk. A halak, a kétéltűek és a kígyók szemlencséje ellenben úgy oldja meg ezt a problémát, mint egy fényképezőgép: a szemlencse előre-hátra mozgatható.
Távolsági akkomodáció emlősszemben
Térjünk most vissza azokhoz a szemekhez, amelyek a kezdeti lépések során, a fényérzékeny sejtek ívbe hajlításakor a domború ívet választották. Ebből az elrendezésből alakultak ki az ízeltlábúak (és néhány féregcsoport, valamint kagyló) összetett szemei. Bármilyen elfogultak vagyunk is (egyébként valóban kiemelkedően jól működő) hólyagszemünkkel, az ízeltlábúak hihetetlen sokféleségének köszönhetően a leggyakoribb szemtípus a Földön az összetett szem.
Az ízeltlábúak összetett szeme sok (gyakran több ezer) apró, különálló egyszerű szem (ommatidium) csoportba rendezésével épül fel. Minden egyes csőszerű ommatidiumnak saját kis fénygyűjtő lencséje alakult a kitinvázból. A cső mélyén találhatók a fényérzékeny sejtek. Az összetett szemek legegyszerűbb típusában, az ún. appozíciós szemben az egyes ommatidiumokat egymástól sötét festékréteg szigeteli el; így biztosított, hogy minden fényérzékeny sejtet csak a saját ommatidiumán áthaladó fotonok hozzanak ingerületbe. Az ún. szuperpozíciós szemekben azonban az egyes ommatidiumokon áthaladó fény más ommatidiumok fényérzékeny sejtjeihez is eljut. Különféle bonyolult trükkök alakultak ki ezekben a szemekben, hogy különböző ommatidiumok ugyanoda képezzék le az adott pontból érkező fotonokat.
Szitakötő összetett szeme és az összetett szem felépítésének vázlatos rajza
Tévhit azonban, hogy egy rovar sok apró képen ugyanazt látná – az agyban egyetlen kép készül az egyes ommatidiumokból érkező fényinformációk összegzésével. Ez a kép meg sem közelíti a mi látásunk élességét, részletgazdagságát, szemük ugyanakkor a mozgó tárgyak észlelésére sokkal érzékenyebb – elég csak a repülő rovarokra vadászó szitakötőkre gondolnunk. Az emberi szem, ha egy másodperc alatt legalább 24 képkockát lát, azt már folyamatos mozgásnak érzékeli, míg a rovarok többsége a másodpercenkénti több száz képkockát is képes megkülönböztetni. Rendkívül kiábrándító lenne rovarszemmel beülni egy moziba! Színlátás terén sem maradnak szégyenben a rovarok, és ezzel át is léphetünk a következő cikk témájába: a színek világába.
Szerző: Vas Zoltán