Ögat: Struktur, funktion och syn hos människor och djur

Det mänskliga ögat består av flera olika delar. Dessa delar kanske inte är desamma hos andra djur. De är:

• Hornhinnan: Det yttersta, genomskinliga skiktet som skyddar iris och pupill.
• Pupill: Den svarta cirkeln i mitten av ögat genom vilken ljuset passerar.
• Iris: Den färgglada cirkeln i ögat runt pupillen. Den kan vara brun, blå, grön osv. Dess viktigaste funktion är att reglera mängden ljus som kommer in i ögat.
• Sklera: Det stora, vita fältet runt iris som håller ögongloben i form.
• Lins: Bakom hornhinnan finns en genomskinlig biokonvex lins med mycket kort brännvidd som hålls i mitten av ögongloben med hjälp av ciliarmusklerna.
• Näthinnan: Här finns de celler som omvandlar ljus till nervimpulser.
• Synnerven: Nerv som förbinder ögat med hjärnan. Den optiska informationen förs till hjärnans bakre del för bearbetning: se hjärnbarken.

I dag känner man till tio olika typer av ögon. De flesta sätt att ta en bild har utvecklats minst en gång.

Ett sätt att kategorisera ögon är att titta på antalet "kamrar". Enkla ögon består av endast en konkav kammare, kanske med en lins. Sammansatta ögon har många sådana kamrar med sina linser på en konvex yta.

Ögonen kan också delas in efter hur fotoreceptorn är uppbyggd. Fotoreceptorerna är antingen killar eller rhabdomer, och vissa annelider har båda.

Enkla ögon

Gropögon

Gropögonen sitter i en fördjupning i huden. Detta minskar de vinklar som ljuset kan komma in i. Det gör det möjligt för organismen att säga varifrån ljuset kommer.

Sådana ögon finns hos cirka 85 % av alla stamceller. De kom troligen före utvecklingen av mer komplexa ögon. Gropögon är små. De består av upp till ett hundratal celler som täcker cirka 100 µm. Riktningen kan förbättras genom att minska öppningens storlek och genom att lägga ett reflekterande skikt bakom receptorcellerna.

Pinhålsöga

Pinhole eye är en avancerad form av pit eye. Den har flera egenskaper, framför allt en liten öppning och en djup grop. Ibland kan öppningen ändras. Den finns endast hos Nautilus. Utan en lins för att fokusera bilden ger den en suddig bild. Följaktligen kan Nautilus inte skilja mellan objekt med ett avstånd på mindre än 11°. En mindre bländare skulle ge en skarpare bild, men släppa in mindre ljus.

Sfäriskt linsöga

Upplösningen hos gropögon kan förbättras avsevärt genom att lägga till ett material som bildar en lins. Detta kommer att minska radien för oskärpan och öka den upplösning som kan uppnås. Den mest grundläggande formen kan fortfarande ses hos vissa snäckor och annelider. Dessa ögon har en lins med ett brytningsindex. Det är möjligt att få en bättre bild med material som har ett högt brytningsindex som minskar mot kanterna. Detta minskar brännvidden och gör att en skarp bild kan bildas på näthinnan.

Detta öga skapar en bild som är tillräckligt skarp för att rörelser i ögat ska kunna orsaka betydande oskärpa. För att minimera effekten av ögats rörelse när djuret rör sig har de flesta sådana ögon stabiliserande ögonmuskler.

Insekternas ocelli har en enkel lins, men deras brännpunkt ligger alltid bakom näthinnan och de kan aldrig bilda en skarp bild. Detta begränsar ögats funktion. Ocelli (ögonen av grotttyp hos leddjur) suddar ut bilden över hela näthinnan. De är mycket bra på att reagera på snabba förändringar i ljusintensitet över hela synfältet - denna snabba reaktion påskyndas ännu mer av de stora nervbuntarna som rusar informationen till hjärnan. Att fokusera bilden skulle också leda till att solens bild fokuseras på ett fåtal receptorer. Dessa kan eventuellt skadas av det intensiva ljuset; om receptorerna skyddas skulle en del av ljuset blockeras och deras känslighet minskas.

Denna snabba reaktion har lett till att man har föreslagit att insekters ögonlock huvudsakligen används under flygning, eftersom de kan användas för att upptäcka plötsliga förändringar i vilken riktning det är uppåt (eftersom ljus, särskilt UV-ljus som absorberas av vegetation, vanligtvis kommer uppifrån).

Refraktiv hornhinna

Ögonen hos de flesta landlevande ryggradsdjur (liksom ögonen hos vissa spindlar och insektslarver) innehåller en vätska som har ett högre brytningsindex än luften. Hornhinnan är skarpt böjd och bryter ljuset mot fokus. Linsen behöver inte göra all brytning. Detta gör att linsen lättare kan justera fokus, vilket ger en mycket högre upplösning.

Reflektorögon

I stället för att använda en lins är det också möjligt att ha celler i ögat som fungerar som speglar. Bilden kan då reflekteras för att fokusera på en central punkt. Denna konstruktion innebär också att en person som tittar in i ett sådant öga kommer att se samma bild som den organism som har dem.

Många små organismer, t.ex. rotifers, copeopoder och platyhelminthes, har en sådan konstruktion, men deras ögon är för små för att ge användbara bilder. Vissa större organismer, t.ex. pilgrimsmusslor, använder också reflektorögon. Musslan Pecten har upp till 100 millimeter stora reflektorögon som kantar kanten på skalet. Den upptäcker rörliga föremål när de passerar flera på varandra följande linser.

Sammansatta ögon

Sammansatta ögon skiljer sig från enkla ögon. Istället för att ha ett organ som kan känna av ljuset har de många sådana organ. Vissa sammansatta ögon har tusentals av dem. Den bild som uppstår sätts ihop i hjärnan utifrån signalerna från de många ögonenheterna. Varje sådan enhet kallas ommatidium, flera kallas ommatidia. Ommatidierna ligger på en konvex yta, var och en av dem pekar i en svagt olika riktning. Till skillnad från enkla ögon har sammansatta ögon en mycket stor synvinkel. De kan upptäcka snabba rörelser och ibland ljusets polarisation.

Kompositögon är vanliga hos leddjur, annelider och vissa tvåskaliga blötdjur.

Ögonens utveckling började med de enklaste ljuskänsliga fläckarna i encelliga organismer. Dessa ögonfläckar gör inget annat än att upptäcka om omgivningen är ljus eller mörk. De flesta djur har en biokemisk "klocka" inuti. Dessa enkla ögonfläckar används för att justera den dagliga klockan, som kallas cirkadisk rytm. Vissa sniglar, till exempel, ser ingen bild (bild) alls, men de känner av ljus, vilket hjälper dem att hålla sig borta från starkt solljus.

Mer komplexa ögon har inte förlorat denna funktion. En särskild typ av celler i ögat känner av ljuset för ett annat syfte än att se. Dessa celler kallas ganglieceller. De är belägna i näthinnan. De skickar sin information om ljus till hjärnan längs en annan väg (retinohypotalamusbanan). Denna information anpassar (synkroniserar) djurets cirkadiska rytm till naturens ljus/mörkcykel på 24 timmar. Systemet fungerar också för vissa blinda människor som inte kan se ljus alls.

Ögon som är lite bättre är formade som koppar, vilket gör att djuret vet var ljuset kommer ifrån.

Mer komplexa ögon ger en fullständig synkänsla, inklusive färg, rörelse och textur. Dessa ögon har en rund form som gör att ljusstrålarna fokuserar på den bakre delen av ögat, som kallas näthinnan.

Övriga

Bra flygare som flugor och honungsbin, eller insekter som fångar byten som bönemänniskor och trollsländor, har specialiserade zoner av ommatidier som är organiserade i ett foveaområde som ger en skarp syn. I denna zon är ögonen tillplattade och facit är större. Avplattningen gör att fler ommatidier kan ta emot ljus från en punkt. Detta ger en högre upplösning.

Kroppen hos Ophiocoma wendtii, en typ av sprödstjärna, är täckt av ommatidier, vilket gör hela huden till ett sammansatt öga. Samma sak gäller för många chitonfiskar.