Почему глаза кошек светятся в темноте?
Однажды туманной ночью в 1933 году бизнесмен по имени Перси Шо был за рулём и ехал домой из паба в Йоркшире, Англия. Дорога была извилистой и плохо просматривалась. Внезапно на обочине дороги вспыхнули две яркие точки. Перси ударил по тормозам.
Эти светящиеся точки принадлежали кошке — и они, вероятно, спасли ему жизнь. Если бы он продолжил движение, то мог бы вылететь с дороги.
Именно тогда Перси пришла в голову идея. Что, если бы дороги могли «светиться» в ответ водителям так же, как глаза кошек? В течение года он изобрёл светоотражатели Catseye® — те самые «шипы», которые до сих пор можно увидеть на дорогах. Они отражают ваш собственный свет фар обратно, помогая вам видеть, куда вы едете в темноте.
Но почему глаза кошек светятся таким образом?
Древние египтяне считали, что в глазах кошки после захода солнца остаётся солнце, что придавало им блестящий вид в ночное время. Настоящую причину обнаружили менее ста лет назад, в 1929 году, а позже учёные поняли, как эта особенность влияет на зрение.
Почему глаза кошек светятся в темноте
У всех глаз — включая ваши — есть сетчатка. Сетчатка — это тонкий слой в задней части глаза, который поглощает свет и превращает его в сигналы, понятные вашему мозгу. Представьте себе это как прозрачный, улавливающий свет экран.
У всех глаз есть сетчатка, тонкий слой в задней части глаза, который поглощает свет и превращает его в сигналы, понятные вашему мозгу.
За сетчаткой кошки находится зеркальный слой, называемый tapetum lucidum. У людей его нет. Когда свет попадает в человеческий глаз и не поглощается сетчаткой, он не используется.
Но в кошачьем глазу свет, который проходит через сетчатку, не будучи поглощённым, попадает в tapetum lucidum, который отражает его обратно через сетчатку. Это даёт сетчатке второй шанс уловить свет. Сияние, которое вы видите в глазах кошек ночью, на самом деле является светом, отражающимся от tapetum lucidum.
Встроенные очки ночного видения
Благодаря этой особенности кошки обладают значительно лучшей светочувствительностью, чем люди, а это значит, что их глаза могут улавливать даже малейшее количество света. Они видят в таком тусклом свете, который для нас выглядит кромешной тьмой, — очень полезная способность для животных, которые много охотятся ночью.
Кошки — не единственные животные с tapetum lucidum. Он есть у коров, овец, коз и лошадей, возможно, для того, чтобы замечать хищников в тусклом свете. Рыбы, дельфины и киты полагаются на него, чтобы видеть в тёмной мутной воде.
С другой стороны, белки, свиньи и большинство приматов — включая людей — не имеют его, потому что они активны днём и не нуждаются в ночном зрении.
(Интересно, что у большинства собак есть tapetum lucidum, но иногда он отсутствует у собак с голубыми глазами и у мелких одомашненных пород.)
Новые технологии, вдохновлённые кошачьими глазами
Как и Перси Шо в 1930-х годах, современные учёные заимствуют идеи из кошачьих глаз.
Доктор Ён Мин Сон, профессор электротехники в Корейском передовом институте науки и технологий, недавно разработал камеру, вдохновлённую кошачьими глазами.
«Глаза кошек всегда меня завораживали, — говорит Сон Popular Science, — особенно их способность ясно видеть в чрезвычайно широком диапазоне освещённости — от яркого дневного света до почти полной темноты».
Именно tapetum lucidum изначально дал Сону идею разработать камеру с отражающим слоем для улучшения фотографий и видео, снятых в условиях низкой освещённости. Это «прекрасно простая, но мощная стратегия повышения светочувствительности без дополнительного энергопотребления», — говорит он.
Как и ожидал Сон, камера показала повышенную чувствительность в условиях низкой освещённости благодаря искусственному отражателю, вдохновлённому tapetum lucidum. Затем он решил добавить ещё одну функцию: щелевидное отверстие, имитирующее вертикально вытянутый зрачок кошки.
Почему у кошек щелевидные глаза
При ярком дневном свете зрачки кошек сжимаются до тонких вертикальных щелей, чтобы блокировать лишний свет и защитить чувствительную сетчатку. Вертикальная форма также заостряет очертания предметов, помогая кошкам с невероятной точностью определять расстояние — важный навык при преследовании и нападении на добычу.
Пока Сон ожидал, что отражающий слой, вдохновлённый кошачьим tapetum lucidum, поможет камере в условиях низкой освещённости, он был поражён тем, как применение кошачьих щелевидных глаз также помогло камере.
«Однако больше всего нас удивило то, насколько эффективно апертура, вдохновлённая вертикальным зрачком, помогает преодолевать маскировку в сложных сценах», — говорит он. Другими словами, она отлично справлялась с обнаружением объектов, которые обычно сливались с фоном при съёмке традиционными камерами.
Сон считает, что глаза кошек могут вдохновить на новые инновации.
«Помимо камер, аналогичные принципы могут быть применены к роботизированному зрению, автономным системам и даже к носимым или охранным устройствам, которые должны надёжно работать как в ярких, так и в тусклых условиях», — считает он.
Светоотражатели Перси Шо спасли бесчисленное количество жизней. Кто знает, что могут сделать будущие технологии, вдохновлённые кошками?