چشم مرکب نوعی اندام بینایی است که در بندپایانی مانند حشرات و سخت‌پوستان دیده می‌شود. در بررسی ساختار چشم مرکب متوجه می‌شویم که هر چشم شامل چندین ریز چشمک است که هر کدام از آن‌ها یک گیرنده نوری مستقل هستند و کنار هم قرارگیری تعداد زیادی از این ریزچشمک‌ها باعث می‌شود که حشرات از قدرت بینایی ویژه‌ای برخوردار باشند، این جانداران به دلیل وجود چشم مرکب می‌توانند تفاوت نوری که به طور مستقیم از خورشید به چشم رسیده را با نوری که به دلیل وجود قطرات آب یا گرد و غبار منحرف شده است، متوجه شوند و از این موضوع برای تشخیص مکان خورشید استفاده کنند. در این مطلب از مجله فرادرس با ساختار چشم مرکب و انواع مختلف آن آشنا می‌شویم، اطلاعاتی در مورد چشم ساده به دست می‌آوریم و در انتهای مطلب این دو نوع چشم را با یکدیگر مقایسه می‌کنیم.

چشم مرکب چیست؟

اندام بینایی در جانداران متفاوت به یک شکل نیست و با توجه به نیازهای جاندار و ویژگی‌های فیزیولوژیکی آن‌ها، انواع مختلفی از اندام بینایی را در جانداران گوناگون می‌بینیم. «چشم مرکب» (Compound Eye) یکی از انواع مختلف چشم‌هایی است که در جانداران وجود دارد و در بندپایان دیده می‌شود. از جمله بندپایانی که چشم مرکب دارند می‌توان به حشرات و سخت‌پوستان اشاره کرد. هر چشم مرکب از واحد‌های ساختاری مشابهی تشکیل شده است که به هر واحد «ریز چشمک» یا «اوماتیدیوم» (Ommatidia) می‌گوییم.

یادگیری مطالب مربوط به حشرات با توجه به جزئیات ساختاری زیاد بدن آن‌ها امری چالش برانگیز است. استفاده از فیلم آموزش جامع حشره شناسی فرادرس می‌تواند این مسیر را هموار سازند، به همین دلیل لینک دسترسی به این آموزش را در کادر زیر برای شما درج می‌کنیم.

تعداد ریز چشمک‌های موجود در چشم یک حشره متغیر است. برای مثال در مورچه کارگر یک گونه خاص تنها یک ریزچشمک وجود دارد، در حالی که چشم مرکب سنجاقک حاصل کنار هم قرارگیری بیش از ده هزار ریز چشمک است.

شکل ریزچشمک‌ها وابسته به تعداد آن‌ها است، یعنی زمانی که چشم مرکب یک حشره از تعداد کمی ریزچشمک تشکیل شده باشد، این واحدهای ساختاری ظاهری کروی شکل دارند اما در حشراتی که چشم مرکب از تعداد زیادی ریز چشمک ساخته شده است، این زیر واحدها به شکل شش ضلعی در می‌آیند.

ریز چشمک‌ها دارای بخش‌های ساختاری متفاوتی هستند که در ادامه بخش‌های اصلی ساختار آن‌ها را نام می‌بریم.

1. عدسی قرنیه‌ای
2. مخروط بلوطی
3. سلول‌های گیرنده نور

سلول‌های گیرنده نور موجود در این ساختار توانایی تشخیص روشنایی و رنگ‌ها را دارند. تصویر کلی که بندپایان در نهایت می‌بینند، ترکیبی از تصویری است که هر یک از این ریزچشمک‌ها به عنوان ورودی دریافت از جهت‌های مختلف دریافت کرده‌اند. در اصل این ریزچشمک‌ها با دریافت نور آن را به سمت نورون‌های حسی هدایت می‌کنند تا در این سلول‌ها انرژی نور، پتانسیل عمل به راه بیندازد و مسیر پیام‌رسانی به سمت مغز آغاز شود.

چشم ساده چیست؟

«چشم ساده» (Ocelli) مانند چشم مرکب نوعی اندام بینایی است که در ساختار آن تنها یک عدسی وجود دارد و برخلاف مهره‌داران شبکیه پیچیده نیز ندارد. دلیل اطلاق نام «چشم ساده» به این نوع اندام بینایی این است که تفکیکی بین این نوع چشم با چشم مرکب به وجود بیاید که دارای تعداد زیادی عدسی در ساختار خود است. دو نوع متفاوت از چشم‌های ساده در جانداران دیده می‌شود که که آن‌ها را با عناوین زیر می‌شناسیم.

• «چشم ساده فوقانی» (Dorsal Ocelli)
• «چشم ساده جانبی» (Lateral Ocelli)

بین یک الی سه چشم ساده در بیشتر حشرات وجود دارد که در موقعیت‌های متفاوتی از سر آن‌ها قابل مشاهده است. چشم‌های ساده به منظور تولید تصاویری که جزئیات کاملی از محیط اطراف ارائه دهنده، در بدن حشرات وجود ندارند، بلکه آن‌ها به عنوان یک «نورسنج» (Photometer) استفاده می‌شوند و حشرات به وسیله چشم ساده می‌توانند اطلاعاتی در مورد سطح نور محیط به دست آورند.

چشم انسان مشابه چشم ساده است که در ساختار آن تنها یک عدسی وجود دارد، در صورتی که تمایل به کسب اطلاعات بیشتر در مورد چشم انسان و اجزای ساختاری آن دارید، مطالعه مطلب «چشم انسان | ساختار، ساختمان و آناتومی – به زبان ساده» از مجله فرادرس را پیشنهاد می‌دهیم.

آموزش جانورشناسی با فرادرس

زیست‌شناسی شاخه‌های متعددی دارند که یکی از گسترده‌ترین آن‌ها جانورشناسی است. جانورشناسان طیف بسیار وسیعی از جانداران کره زمین را مطالعه می‌کنند، طیفی که از تک‌سلولی‌هایی که ساختار سلول جانوری را دارند، شروع شده است و با بررسی جانوران مختلف آبزی و خشکی‌زی به پیچیده‌ترین موجودات ساکن زمین نیز می‌پردازد.

بندپایان گروهی بزرگ از جانوران هستند که به چند زیرگروه خاص از قبیل حشرات، سخت‌پوستان و عنکبوتیان تقسیم می‌شوند. یادگیری مطالب مربوط به جانوران نیازمند آشنایی با این دسته‌بندی‌ها است تا در گام بعد به طور تخصصی روی دسته‌ای خاص از آن‌ها متمرکز شویم. با توجه به تنوع بسیار زیاد جانوران و نکات مربوط به آن‌ها، فرآیند یادگیری می‌تواند چالش برانگیز باشد.

بهترین راه حل برای مقابله با این مسئله، استفاده از فیلم‌های آموزشی معتبر است که طبق برنامه‌ریزی تمام نکات را پوشش می‌دهند. فرادرس در زمینه جانورشناسی فیلم‌های آموزشی متفاوتی تولید و منتشر کرده است که در ادامه تعدادی از آن‌ها را معرفی می‌کنیم.

ساختار چشم مرکب

چشم مرکب بندپایان، به ویژه حشرات، حاصل کنار هم قرارگیری زیرواحدهایی است که ریزچشمک نام دارد. تعداد ریزچشمک‌های موجود در چشم حشرات گونه‌های مختلف متفاوت است، به عنوان مثال در بعضی از مورچه‌های کارگر کمتر از شش ریزچشمک با یکدیگر همکاری دارند اما در بعضی از سنجاقک‌ها بیش از ۲۵ هزار ریزچشمک در ساختار چشم وجود دارد.

در بخش خارجی، هر ریزچشمک دارای یک «عدسی قرنیه‌ای» (Corneal lens) است که ساختاری شفاف و محدب دارد. در حقیقت ساختار عدسی قرنیه‌ای از جنس کوتیکول شفاف است که در این ناحیه خاص دچار افزایش ضخامت شده است. مسئولیت ساخت عدسی قرنیه‌ای با سلول‌های اپیدرمی است که آن‌ها را با عنوان «Corneagen cells» می‌شناسیم.

به طور معمول در بخش زیرین این عدسی قرنیه‌ای، یک «مخروط بلوری» (Crystalline Cone) قرار دارد که توسط ۴ سلول به نام «سلول‌های سمپر» (Semper Cells) ترشح می‌شود و برای توصیف آن باید گفت که مخروط بلوری ساختاری شفاف و سخت است که بین سلول‌ها قرار دارد. عدسی قرنیه‌ای و مخروط بلوری همراه با یکدیگر ساختاری را می‌سازند که نور با برخورد به آن می‌شکند و به سمت ناحیه‌ای که حاوی رنگدانه‌های بینایی است هدایت می‌شود؛ بنابراین مخروط بلوری و عدسی قرنیه‌ای دو ساختاری هستند که مسئول جمع‌‌آوری نور در چشم مرکب هستند.

با بررسی ساختار چشم اکثر حشراتی که در طول روز فعالیت دارند، متوجه می‌شویم که در اطراف هر ریزچشمک «سلول‌های رنگدانه» (Pigment Cells) قرار دارند که می‌توانند میدان دید هر ریزچشمک را محدود سازند. این سلول‌ها با جذب نور ورودی به عدسی که در مجاورت آن‌ها قرار دارد، چنین فعالیت خاصی را انجام می‌دهند. در حقیقت سلول‌های رنگدانه‌ای که در ساختار یک ریزچشمک می‌بینیم باعث می‌شوند که نور ورودی به ریزچشمک محدود به همان ریزچشمک بماند و وارد ریزچشمک‌های مجاور نشود.

بخش دومی که در ساختار ریزچشمک می‌بینیم بخش حساس به نور است که با عنوان «رابدوم» (Rhabdom) شناخته می‌شود. رابدوم ساختاری میله‌مانند است که توسط مجموعه‌ای از ۶ الی ۸ نورون تخصص یافته ترشح شده و در محور بینایی که زیر مخروط بلوری قرار دارد، تجمع می‌کند و مسئول جمع‌آوری کامل تمام نوری است که از عدسی و مخروط بلوری گذر کرده است. این سلول‌های تخصص یافته را با نام «Retinula Cells» می‌شناسیم اما به آن‌ها «گیرنده‌های نوری» (Photoreceptor) نیز گفته می‌شود.

رابدوم حاوی ردیفی از میکروتوبول‌هایی است که به طور تنگاتنگی در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند و رنگدانه‌های حساس به نور را در خود ذخیره می‌کنند. یکی از مثال‌های رنگدانه‌های حساس به نور «رودوپسین» (Rhodopsin) است. این رنگدانه‌ها قادر به جذب طول موج‌های خاصی از نور ورودی هستند و پس از جذب نور با استفاده از فرآیند‌های فوتوشیمیایی پیام‌های عصبی تولید می‌کنند، این فرآیندهای فتوشیمیایی را در مهره‌داران نیز می‌بینیم.

در طی فرآیند فتوشیمیایی، انرژی نور به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود که به معنی آغاز پتانسیل عمل در فیبرهای عصبی است که در زیر رابدوم قرار دارند. فیبرهای عصبی پیام را به دستگاه عصبی مرکزی منتقل می‌کنند که محل تصمیم‌گیری در مورد محرک‌ها است.

کیفیت تصویر ساخته شده توسط چشم مرکب

حشرات نمی‌توانند تصویری واقعی و متمرکز از محیط اطراف خود به دست آورند. تیزبینی یا «حدت بینایی» (Visual Acuity) حشرات در مقایسه با مهره‌داران ضعیف است، اما آن‌ها توانایی حس حرکات ایجاد شده در اطراف را دارند، زیرا جابه‌جایی اشیای مختلف را با تک تک ریزچشمک‌های خود رصد می‌کنند و می‌توانند متوجه کوچک‌ترین حرکات اطراف شوند.

درک فاصله میان دو نقطه کنار هم و تفکیک آن‌ها از یکدیگر یکی از توانایی‌های ویژه اندام‌های بینایی است که در زنبورها و مگس‌ها ۲۰۰ تصویر در ثانیه است. این ویژگی باعث می‌شود حشرات توانایی فوق‌العاده‌ای در تشخیص حرکات سریع داشته باشند و بتوانند به سرعت به تغییرات محیطی واکنش نشان دهند.

مسیریابی به کمک چشم مرکب

برخلاف انسان، اکثر حشرات می‌توانند تفاوت نور قطبیده، یعنی نوری که به طور مستقیم از خورشید به چشم می‌رسد و نور غیرپلاریزه را متوجه شوند؛ نور غیرپلاریزه نوری است که حاصل انعکاس نور خورشید توسط بخار آب یا ذرات دیگر موجود در جو است. این ویژگی به آن‌ها این قابلیت را می‌دهد که موقعیت خورشید در آسمان را حتی در روزهای ابری یا طوفانی متوجه شوند و از موقعیت خورشید برای مسیریابی استفاده کنند.

انواع چشم مرکب

چشم‌های مرکب را به طور معمول می‌توان به دو دسته تقسیم کرد که در ادامه با این دو بیشتر آشنا می‌شویم.

1. «چشم‌های مخالف» (Apposition Eyes): این نوع چندین تصویر معکوس یا وارونه تولید می‌کند.
2. «چشم‌های منطبق» (Superposition Eyes): این نوع یک تصویر قائم یا عمودی تولید می‌کند.

در ادامه برای درک بهتر شیوه کار این دو نوع چشم، بخش‌های مجزا را به هر یک اختصاص می‌دهیم.

چشم‌های مخالف

چشم‌های مخالف نیز به دو گروه تقسیم می‌شوند. چشم مخالف معمولی دارای یک عدسی است که نور را از یک جهت روی رابدوم متمرکز می‌کند و این در حالی است که نوری که از جهات دیگر تابیده شده است، توسط دیواره‌های تاریک ریزچشمک جذب می‌شود. یک نوع میگو که در دسته سخت‌پوستان قرار می‌گیرد از شناخته شده‌ترین جاندارانی است که این نوع چشم را دارد.

نوع دیگر چشم‌های مخالف را در پیچیده بالان می‌بینیم که یک نوع حشره هستند. در این حشرات هر لنز یک تصویر را ایجاد می‌کند و تمام این تصاویر ساخته شده در مغز پردازش می‌شوند تا یک تصویر واحد تشکیل شود.

چشم‌های منطبق

چشم‌های منطبق به سه زیرگروه تقسیم می‌شوند.

1. «چشم مرکب شکستی» (Refracting Superposition Eye)
2. «چشم مرکب بازتابی» (Reflecting Superposition Eye)
3. «چشم مرکب سهمی‌‌وار» (Parabolic Superposition Eye)

تفاوتی که این سه نوع چشم دارند به نحوه متمرکز کردن نور در آن‌ها برمی‌گردد، برای آن که این موضوع را بهتر متوجه شویم با شیوه هدایت نور توسط عدسی در چشم مرکب شکستی بیشتر آشنا می‌شویم. در این نوع چشم مرکب، کمی فاصله بین عدسی و رابدوم وجود دارد و دیواره جانبی نیز دیده نمی‌شود. در چشم مرکب شکستی هر عدسی نور را با زاویه‌ای خاص نسبت به محور خود دریافت می‌کند و آن را با همان زاویه به سمت دیگر منعکس می‌کند. نتیجه این اتفاق این است که تصویری در نقطه میانی شعاع چشم ایجاد می‌شود و این نقطه همان جایی است که رابدوم‌ها قرار دارند.

یادگیری حشره‌شناسی با فرادرس

حشرات یکی از زیرگروه‌های بندپایان هستند که فراوانی بسیار زیادی روی کره زمین دارند. با توجه به این که آن‌ها را می‌توان هم در خشکی و هم در اقیانوس‌ها دید، مطالعه تنوع ساختار بدن حشرات یکی از مواردی است که زیست‌شناس‌ها پیوسته بر آن متمرکز هستند. این جانداران گاهی موذی هستند و مزاحم زندگی انسان می‌شوند، گاهی نیز می‌توانند چنان سودمند باشند که حیات ما به آن‌ها وابسته باشد. زنبورهای عسل از جمله حشراتی هستند که در طبیعت نقش بسیار مهمی دارند.

مطالعات حشره‌شناسی از جنبه‌های مختلفی دارای اهمیت هستند، مواردی مانند تولید سموم کشاورزی، تا مطالعات زیست‌شناسی سلولی و مولکولی از دلایلی هستند که به ما نشان می‌دهند که باید با بدن حشرات آشنا بود. یکی از بهترین راه‌ها برای یادگیری اطلاعات گسترده حشره شناسی استفاده از فیلم‌های آموزشی است، زیرا می‌توان به طور مداوم به آن‌ها دسترسی داشت و با مرور زیاد به تمام نکات مهم مسلط شد. فرادرس با شناسایی نیاز به این زمینه، فیلم‌های آموزشی را تولید و منتشر کرده است که در ادامه تعدادی از آن‌ها را به شما معرفی می‌کنیم.

تفاوت چشم مرکب و ساده

تا اینجای این مطلب از مجله فرادرس به طور کامل با چشم مرکب آشنا شدیم و چشم ساده را نیز شناختیم. در این بخش قصد داریم روی تفاوت‌های این دو نوع چشم موجود در جانوران متمرکز شویم، بنابراین جدولی از تفاوت‌های میان این دو ترسیم می‌کنیم.

جمع‌بندی

در این مطلب از مجله فرادرس با چشم مرکب آشنا شدیم که در بندپایانی مانند حشرات دیده می‌شود. واحدهای ساختاری چشم مرکب را ریزچشمک می‌گوییم که تعدادی از آن‌ها کنار یکدیگر قرار می‌گیرند و یک چشم مرکب را می‌سازند. در ساختار ریزچشمک‌ها اجزای زیر دیده می‌شوند.

1. عدسی قرنیه‌ای
2. مخروط بلوری
3. سلول‌های رنگدانه‌ای
4. رابدوم
5. گیرنده‌های نوری

با ورود نور به هر ریزچشمک، نور به نحوی هدایت می‌شود که به عصب‌هایی که در انتهای ریزچشمک وجود دارند برسد و انرژی نور به پیام الکتریکی تبدیل شود که از چشم به مغز منتقل می‌شود تا اطلاعات مورد نیاز دستگاه عصبی مرکزی تامین شود.