Органы чувств
Органами чувств называют специализированные рецепторные образования (см. Рецепторы), с помощью которых животные и человек воспринимают и анализируют разнообразные раздражения. И. П. Павлов назвал их анализаторами.
Органы чувств. Рис. 1.
Органы чувств. Рис. 2. Схема строения рецепторов кожи.
Органы чувств. Рис. 3.
Органы чувств. Рис. 4.
Органы чувств. Рис. 5.
Органы чувств. Рис. 6.
Органы чувств. Рис. 7.
Органы чувств. Рис. 8.
Органы чувств. Рис. 9.
Органы чувств. Рис. 10.
Каждый анализатор состоит из трех взаимосвязанных отделов — периферического, проводникового и центрального.
Периферический отдел состоит из рецепторов, представленных нервными окончаниями или специализированными нервными клетками, воспринимающими и частично анализирующими раздражитель. В рецепторах высших животных и человека при возбуждении возникают импульсы разной частоты и амплитуды, которые по центростремительным волокнам доставляются в соответствующую зону коры больших полушарий. Центростремительные волокна образуют проводниковый отдел анализатора.
Центральный отдел представлен нервными центрами ствола мозга и коры больших полушарий, где происходит окончательный анализ поступившей информации. На основе полученных сведений о состоянии внешней или внутренней среды центральная нервная система обеспечивает рефлекторную приспособительную деятельность. Человек с помощью анализаторов познает все многообразие окружающего мира. У него возникают ощущения, представления, сознание.
В ходе эволюции у животных образовались различные рецепторы, в зависимости от среды обитания.
Уже одноклеточные животные чувствительны к разным раздражителям. Но рецепторов у них еще нет. Видимо, восприятие раздражителя у простейших происходит особо чувствительными участками клеточной мембраны.
У многоклеточных животных есть специализированные рецепторные клетки. Это позволяет им быстрее и точнее реагировать на разные раздражения.
С развитием центральной нервной системы у животных устанавливается устойчивая связь между высокоспециализированными рецепторами и исполнительными органами.
У животных в большей степени развиты контактные рецепторы, возбуждающиеся при соприкосновении с раздражителями (например, вкусовые, тактильные). В ходе эволюции появились дистантные рецепторы, которые воспринимают раздражители на расстоянии (обонятельный, слуховой, зрительный). Организмы с дистантными рецепторами легче приспосабливаются к изменениям окружающей среды.
Дальнейшее развитие рецепторных участков анализаторов связано с появлением вспомогательных структур, усиливающих действие соответствующего раздражителя и ограничивающих действие других. Например, звуки воспринимаются слуховыми клетками внутреннего уха. Вспомогательные структуры: ушная раковина, барабанная перепонка, слуховые косточки — усиливают звуковые колебания и обеспечивают восприятие только звуковых раздражителей.
Органы чувств достигли большого совершенства в своем развитии, они способны воспринимать раздражения очень небольшой силы. Так, обонятельные рецепторы возбуждаются при действии одной молекулы пахучего вещества.
Вкусовой и обонятельный анализаторы относятся к химическим рецепторам. Вероятно, они появились ранее других органов чувств, так как важны для поиска пищи, партнера, общения между особями.
У млекопитающих органы вкуса представлены вкусовыми почками на языке, состоящими из чувствительных клеток (рис. 1). Вкусовые почки открываются на поверхности языка порами. Многообразие вкусовых ощущений возникает путем смешения только четырех компонентов: горького, соленого, кислого и сладкого. Раздражение вкусовых рецепторов помогает определить качество пищи и оказывает рефлекторное влияние на выработку пищеварительных соков.
Органы обоняния у млекопитающих расположены в эпителии верхних частей носа в виде обонятельных луковиц, которые возбуждаются пахучими веществами (см. Рецепторы). Возбуждение далее передается через подкорковые центры в кору больших полушарий, где и происходит окончательный анализ биологической значимости запахов. Так, многие млекопитающие выделениями специальных желёз маркируют границы охотничьих территорий, по запахам узнают особей своего вида и т. д. Обоняние в жизни человека играет гораздо меньшую роль, чем у животных. Однако у парфюмеров, дегустаторов и людей, потерявших зрение и слух, обоняние развивается и становится очень острым.
Кожный анализатор. В коже находятся рецепторы, чувствительные к прикосновению, давлению, теплу,холоду и боли (рис. 2). Рецепторы, воспринимающие прикосновение и давление, называются тактильными или осязательными.
У беспозвоночных развит осязательный волосок, который легко возбуждается при его деформации от прикосновения или движения воздуха. В коже позвоночных развиваются многочисленные тактильные рецепторы. Тактильные окончания на голове рыб и орган боковой линии возбуждаются при смещении воды вдоль тела. Тактильные рецепторы обнаружены в коже земноводных и пресмыкающихся, особенно в околоротовой области и в конечностях. У птиц и млекопитающих тактильные рецепторы расположены у основания пера или волоса. У человека высокую тактильную чувствительность имеют отдельные участки кожи, например пальцев рук, ног; губы, язык.
Терморецепторы есть у всех животных, но они мало изучены. У человека различают тепловые и холодовые рецепторы. Больше всего их в коже лица и шеи. Информация от терморецепторов включает рефлекторно механизмы терморегуляции, обеспечивая постоянную температуру тела.
Болевая чувствительность имеет особое значение для выживания организма. Чаще болевые ощущения возникают при действии сильных механических, термических, световых и других раздражителей и при раздражении свободных нервных окончаний. У человека на поверхности тела насчитывается около 1 млн болевых точек.
<addc>G</addc>
Зрительный анализатор — важнейший из всех органов чувств. Он дает 90% всей информации, поступающей в мозг человека от всех рецепторов. В ходе эволюционного развития световоспринимающие органы совершенствовались.
Впервые отдельные светочувствительные клетки появились у кишечнополостных животных; у медуз они находятся на щупальцах и по краю купола. У червей они расположены по всей поверхности тела; у некоторых червей имеются скопления их в головной части. У моллюсков кроме светочувствительных рецепторов глаз имеется простейший оптический аппарат, который преломляет поток световых лучей, делая изображение в глазу более четким. У насекомых большого развития достигли сложные фасеточные глаза, которые, состоят из нескольких тысяч отдельных световоспринимающих образований и неподвижной линзы. Такой глаз не дает единого изображения, а создает мозаику из тысячи изображений, полученных каждым отдельным элементом сложного глаза.
У некоторых беспозвоночных, но главным образом у позвоночных, и особенно у человека, развиваются глаза камерного устройства (рис. 3). Камерный глаз имеет шарообразную форму, внутри его находятся светопреломляющие вспомогательные образования и светочувствительные рецепторы.
Глаз состоит из белочной оболочки, которая в передней части образует прозрачную роговицу, через нее проходит свет. С помощью прибора — офтальмоскопа можно осмотреть внутреннюю камеру глаза. Под белочной располагается сосудистая оболочка, которая в переднем отделе образует пигментированную радужную оболочку и зрачок. Внутренняя оболочка — сетчатка состоит из палочек, колбочек и нервных клеток, от которых возбуждение идет в головной мозг. Позади радужной оболочки на связках находится хрусталик, погруженный в водянистую влагу. За хрусталиком располагается прозрачное стекловидное тело, которое заполняет внутреннюю часть глазного яблока.
Роговица, водянистая влага, хрусталик, стекловидное тело преломляют ход световых лучей, и на сетчатке глаза возникает уменьшенное обратное изображение видимого предмета.
Сетчатка позвоночных имеет сложное строение, она состоит из нервной ткани и является частью мозга, выдвинутого на периферию (рис. 4). Сетчатка состоит из палочек и колбочек. Палочки обладают очень большой чувствительностью. Они теоретически могут «увидеть» свечу на расстоянии 200 км. Палочковое зрение хорошо развито у животных, ведущих ночной образ жизни (например, у сов). Колбочки хорошо функционируют при дневном свете. Их много у животных дневного образа жизни (например, у кур). У человека в сетчатке 6–7 млн колбочек и 110–125 млн палочек.
Цветовое зрение объясняют наличием колбочек, чувствительных к красному, зеленому и фиолетовому цветам. Смешение всех спектральных цветов дает белый цвет.
Фотохимические процессы в палочках и колбочках очень сложны. Под воздействием света происходит цикл фотохимических и фотофизических превращений зрительного пигмента с обязательным участием витамина А. Если витамина А в организме недостаточно, то восприятие света нарушается. Фотохимические процессы в сетчатке — лишь начальный процесс в цепи трансформации световой энергии в нервное возбуждение, которое по зрительным нервам доходит до коры больших полушарий и там анализируется (рис. 5).
Слуховой анализатор. Орган слуха имеет большое значение для ориентации животных в окружающей среде. Особенно важное значение слуховой анализатор приобрел у человека в связи с развитием речи.
В ходе эволюции развились рецепторы, способные воспринимать звуки. Так, членистоногим органом слуха служат особые мембраны, в связках которых находятся рецепторные клетки. У рыб органом слуха являются структуры овального мешочка в основании лабиринта (лагена). У амфибий, рептилий на лагене развиваются специальные слуховые рецепторы. У птиц, а затем у млекопитающих канал лагены изгибается и закручивается, образуя улитку внутреннего уха.
Орган слуха человека состоит из наружного, среднего и внутреннего уха (рис. 6).
Ушная раковина концентрирует звуки, направляя их в слуховой проход к барабанной перепонке, отделяющей наружное ухо от среднего. Колебания барабанной перепонки передаются через заполненную воздухом полость среднего уха слуховым косточкам, молоточку, наковальне и стремечку и далее мембране овального окна. При этом давление звуковых волн увеличивается в 30 раз, что облегчает колебания жидкости во внутреннем ухе.
С помощью евстахиевой трубы, соединяющей полость среднего уха с носоглоткой, давление в среднем ухе уравнивается с атмосферным, что облегчает колебания барабанной перепонки. На границе среднего и внутреннего уха имеется круглое очно с мембраной. Если бы его не было, колебания жидкости в улитке из‑за её несжимаемости были бы невозможны. Во внутреннем ухе имеется костный лабиринт, а в нем перепончатый, заполненный лимфой (рис. 7). Канал улитки разделен как бы на два этажа основной мембраной, состоящей из отдельных волокон разной длины. Самые длинные волокна располагаются на вершине улитки, а самые короткие — у основания. На волокнах основной мембраны находятся слуховые волосковые клетки, входящие в состав кортиева органа (рис. 7). Соприкасаясь при колебании жидкости с покровной мембраной, они возбуждаются. Волосковые клетки на вершине улитки воспринимают низкие звуки, у основания — высокие. От волосковых клеток возбуждение по слуховому нерву идет в височную область коры больших полушарий (рис. 8)
Человек может воспринимать звуки с частотой от 16 до 20 000 Гц. Для слуха вредны слишком громкие звуки.
Вестибулярный анализатор играет большую роль в пространственной ориентации и в поддержании равновесия тела.
Беспозвоночные животные получают сигналы о движении тела в пространстве от специальных органов равновесия — статоцистов и внутриклеточных включений — статолитов типа отолитов, которые своей тяжестью раздражают рецепторные клетки.
Позвоночные животные определяют положение и движение тела с помощью вестибулярного аппарата (рис. 9). Он состоит из трех полукружных каналов, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях. У основания канала образуются расширения, внутри которых находятся волосковые клетки, погруженные в студенистую массу (рис. 10). В ней имеются известковые кристаллы — отолиты. При изменении линейного ускорения тела или наклоне головы волосковые клетки воспринимают изменение направления движения студенистой массы. Полукружные каналы заполнены лимфой, в них тоже есть волосковые клетки, которые ощущают смещение жидкости при вращении. Импульсы от волосковых клеток отолитовых мешочков и полукружных каналов вызывают через вестибулярный нерв и височную область коры больших полушарий рефлекторное перераспределение напряжения (тонуса) мышц скелетной мускулатуры.
При сильных раздражениях вестибулярного аппарата могут возникать нарушения деятельности сердечно-сосудистой, пищеварительной и других систем.
Чувствительность вестибулярного аппарата уменьшается при специальной тренировке, особенно необходимой космонавтам, летчикам, спортсменам.
Двигательный анализатор представлен механорецепторами мышц, сухожилий, суставных сумок, которые возбуждаются при движении или изменении тонуса мышц. Информация поступает в центральную нервную систему, обеспечивающую рефлекторную координацию движений.
Висцеральный анализатор. Во внутренних органах имеются различные рецепторы, воспринимающие изменения внутренней среды организма. К ним относятся механорецепторы, хеморецепторы, терморецепторы, болевые рецепторы и др. Информация от внутренних рецепторов идет в центральную нервную систему, оказывая влияние на самочувствие и настроение человека.
