Mắt

Mắt người

Mắt là cơ quan của động vật, giúp động vật cảm nhận các bức xạ điện từ, thường thuộc vùng phổ hồng ngoại gần đến tử ngoại gần, đến từ môi trường chung quanh; giúp cho động vật định hướng trong môi trường và phản ứng lại các tác động từ môi trường. Đa số động vật có hai mắt nằm ở phần trên của đầu.

Phân loại mắt

Cơ chế của máy ảnh đục lỗ, và cũng là của mắt ốc anh vũ

Trong giới động vật có nhiều loại mắt.

Ở nhiều loài, chỉ có các tế bào thần kinh nhạy sáng để cảm nhận mức độ sáng tối của môi trường, nhưng không thu được hình ảnh hai chiều hay 3 chiều của môi trường. Ở sên, các tế bào thần kinh nhạy sáng được nằm sâu hơn trong hốc, tạo nên cảm giác về hướng tới của ánh sáng. Ở ốc anh vũ, có sự tiến hoá mạnh hơn khi các tế bào nằm nhạy sáng trải thành võng mạc nằm sau một lỗ nhỏ, giúp tạo ra hình ảnh hai chiều của không gian xung quanh theo cơ chế máy ảnh đục lỗ.

Các loài côn trùng thường có mắt đa hợp chứa các ống dẫn ánh sáng đến từng tế bào thần kinh nhạy sáng; tạo ra mảng ảnh. Mỗi ống dẫn sáng có một thấu kính và (các) tế bào nhạy sáng độc lập. Lượng ống dẫn sáng trong một mắt đa hợp có thể lên tới hàng chục nghìn, xếp cạnh nhau theo cấu trúc lục giác, tạo ra hình ảnh chứa toàn bộ không gian xung quanh. Các mắt đa hợp rất nhạy cảm với chuyển động. Ở một số loài, mối ống dẫn sáng có nhiều tế bào nhạy sáng đủ để tạo ra hình ảnh riêng.

Các động vật có dây sống và một số loài nhuyễn thể hội tụ hình ảnh xung quanh bằng thấu kính lên một võng mạc chứa các đầu dây thần kinh nhạy cảm với ánh sáng. Các tín hiệu thần kinh từ võng mạc được đưa về não xử lý và tái dựng hình ảnh môi trường. Cá, rắn và một số loài lưỡng cư có thấu kính có hình dạng cố định; việc điều khiển hội tụ ảnh xa gần được thực hiện bằng cách di chuyển thấu kính ra xa hay lại gần võng mạc. Các loài khác điều khiển hội tụ ảnh bằng cách làm biến dạng thấu kính. Lượng ánh sáng thu thập có thể được điều khiển bằng đóng mở đồng tử. Kiểu sắp xếp dây thần kinh cũng khác nhau tuỳ loài, khiến cho mắt động vật có vú có điểm mù, còn mắt bạch tuộc thì không.

Mắt đa hợp

Mắt đa hợp của chuồn chuồn.

Đa số các mắt đa hợp được tìm thấy trên các loài chân khớp như côn trùng hay giáp xác.

Mỗi mắt đa hợp có hình cầu, được chia làm từ hàng chục đến hàng nghìn múi. Mỗi múi có đường dẫn ánh sáng từ một hướng riêng, qua các thấu kính riêng, tới các tế bào nhạy sáng nằm bên trong, có thể phân biệt được độ sáng tối và đôi khi cả màu sắc hay độ phân cực của ánh sáng. Hình ảnh thu nhận bởi bộ não của các loài chân khớp này được tổng hợp từ các tín hiệu đơn lẻ đến từ các múi, tương ứng với từng hướng nhìn đơn lẻ.

Nhược điểm của mắt đa hợp so với mắt đơn là, do không có một thấu kính trung tâm hay võng mạc trung tâm với khả năng điều chỉnh độ hội tụ, việc ghép hình từ các ống dẫn sáng đơn lẻ tạo nên hình ảnh có độ phân giải hai chiều thấp. Tuy nhiên, ưu điểm của mắt đa hợp là quan sát được toàn bộ không gian mà không cần di chuyển đầu hay thay đổi cơ học trong mắt, khiến việc theo dõi các di chuyển nhanh rất dễ dàng, thông qua cảm nhận thay đổi cường độ sáng giữa các ống dẫn tương ứng với các hướng khác nhau. Các ống dẫn có hướng này cũng đôi khi giúp quan sát tốt độ phân cực ánh sáng.

Bản thân mắt đa hợp được chia làm hai loại chính và các phân loại nhỏ, cùng với một số ngoại lệ, tuỳ thuộc vào cơ chế quang học trong tạo ảnh (phản xạ, khúc xạ hay hấp thụ), và cơ chế xử lý tín hiệu của não.

Mắt đơn

Mắt người, bên phải, và mắt bạch tuộc, bên trái là ví dụ của hai sự tiến hóa tương đối độc lập nhưng hội tụ về cơ chế hoạt động khá giống nhau. Các điểm khác nhau là sự bố trí dây thần kinh võng mạc và cách thay đổi độ hội tụ. Mắt người có điểm mù còn mắt bạch tuộc thì không. Khi thay đổi độ hội tụ, thủy tinh thể mắt người biến dạng, còn võng mạc bạch tuộc di chuyển tới lui.

Các mắt đơn thường có cấu trúc là tạo hình ảnh hai chiều của không gian xung quanh lên một võng mạc chứa các tế bào thần kinh nhạy sáng, thông qua hiện tượng khúc xạ qua thấu kính hội tụ.

Việc tạo ảnh trên võng mạc chứa hàng triệu đến hàng trăm triệu tế bào thần kinh, thay vì hàng nghìn ống dẫn như ở mắt đa hợp, làm tăng đáng kể độ phân giải của ảnh hai chiều thu được. Hơn nữa, ảnh thu được có độ sâu, tức là có thông tin ba chiều, tập trung vào các vật thể xa hay gần nhờ vào sự thay đổi sự hội tụ của thấu kính.

Mắt của các loài động vật có dây sống tiến hóa khá độc lập với mắt của mực hay bạch tuộc, và hội tụ về một cơ chế hoạt động khá giống nhau.