Mắt

Mắt hay nhãn là cơ quan của hệ thống thị giác. Cơ quan này cung cấp cho sinh vật sống tầm nhìn, khả năng tiếp nhận và xử lý chi tiết hình ảnh, cũng như cho phép một số chức năng phản ứng ảnh độc lập với tầm nhìn. Mắt phát hiện ánh sáng và chuyển đổi nó thành các xung điện hóa học trong tế bào thần kinh. Ở các sinh vật bậc cao, mắt là một hệ thống quang học phức tạp, thu thập ánh sáng từ môi trường xung quanh, điều chỉnh cường độ của nó thông qua một màng chắn, tập trung nó thông qua một cụm thấu kính có thể điều chỉnh để tạo thành một hình ảnh, chuyển đổi hình ảnh này thành một tập hợp các tín hiệu điện và truyền các tín hiệu này đến não thông qua các con đường thần kinh phức tạp kết nối mắt thông qua dây thần kinh thị giác với vỏ thị giác và các khu vực khác của não. Đôi mắt với sức mạnh phân giải đã có mười dạng cơ bản khác nhau và 96% các loài động vật sở hữu một hệ thống quang học phức tạp. Mắt xử lý hình ảnh có trong động vật thân mềm, hợp âm và động vật chân đốt.

"Đôi mắt" đơn giản nhất, chẳng hạn như những con mắt trong vi sinh vật, không làm gì khác ngoài việc phát hiện xem môi trường xung quanh là sáng hay tối, điều này đủ cho sự nhận dạng và điều hòa của nhịp sinh học. Với các đôi mắt phức tạp hơn, các tế bào hạch nhạy cảm võng mạc gửi tín hiệu dọc theo đường võng mạc đến nhân trên chéo để điều chỉnh sinh học và đến khu vực trước sinh để kiểm soát phản xạ ánh sáng đồng tử.

Tổng quan 

Mắt phức tạp có thể phân biệt hình dạng và màu sắc. Tầm nhìn của nhiều sinh vật, đặc biệt là động vật ăn thịt, thường liên quan đến các khu vực rộng lớn của tầm nhìn hai mắt để cải thiện nhận thức về độ sâu. Ở các loài sinh vật khác, chẳng hạn như thỏ và ngựa, mắt được bố trí ở hai bên để tối đa hóa trường nhìn, tạo ra tầm nhìn một mắt.

Đôi mắt nguyên thủy đầu tiên tiến hóa ở động vật vào khoảng 600 triệu năm trước, trong thời kỳ Sự bùng nổ kỷ Cambri. Tổ tiên chung cuối cùng của các loài động vật đã sở hữu hệ thống sinh hóa cần thiết cho thị giác, và những đôi mắt phát triển phức tạp hơn đã tiến hóa ở 96% các loài động vật thuộc 6 trong số khoảng 35 ngành chính. Ở hầu hết động vật có xương sống và một số động vật thân mềm, mắt hoạt động bằng cách cho phép ánh sáng đi vào và chiếu lên một lớp màng tế bào nhạy sáng ở đáy mắt, được gọi là võng mạc. Các tế bào hình nón (cảm nhận màu sắc) và tế bào hình que (cảm nhận độ tương phản trong ánh sáng yếu) ở võng mạc sẽ phát hiện và chuyển đổi ánh sáng thành các xung thần kinh. Các tín hiệu thị giác này sau đó được truyền đến não thông qua dây thần kinh thị giác. Đôi mắt dạng này thường có hình cầu, chứa đầy một chất gel trong suốt được gọi là dịch kính (vitreous humor), với một thấu kính hội tụ và thường có mống mắt. Sự co giãn của các cơ xung quanh mống mắt làm thay đổi kích thước của đồng tử, từ đó điều chỉnh lượng ánh sáng đi vào mắt, đồng thời giảm quang sai khi môi trường có đủ ánh sáng. Mắt của hầu hết các loài chân đầu, cá, động vật lưỡng cư và rắn có thấu kính với hình dạng cố định; việc lấy nét được thực hiện bằng cách dịch chuyển thấu kính ra xa hoặc lại gần võng mạc, tương tự như cách ống kính máy ảnh lấy nét.

Mắt kép (mắt đa hợp) được tìm thấy ở các loài động vật chân đốt, bao gồm nhiều thấu kính nhỏ (ommatidia). Tùy thuộc vào cấu trúc giải phẫu, mắt kép có thể tạo ra hình ảnh dạng điểm ảnh (pixel) hoặc nhiều hình ảnh trên mỗi mắt. Mỗi cảm biến nhỏ này có thấu kính và tế bào cảm quang riêng. Một số loài có tới 28.000 cảm biến như vậy, được sắp xếp theo hình lục giác, mang lại tầm nhìn 360° và cực kỳ nhạy bén với các chuyển động. Một số động vật chân đốt, bao gồm nhiều loài trong bộ Cánh vuốt, có đôi mắt chỉ gồm một vài thấu kính, mỗi thấu kính có một võng mạc riêng biệt tạo ra một hình ảnh. Với mỗi mắt nhìn một chi tiết khác nhau, não bộ sẽ tổng hợp lại thành một hình ảnh hoàn chỉnh với độ phân giải cao.

Tôm tít được ghi nhận là loài có hệ thống thị giác màu phức tạp nhất thế giới, sở hữu khả năng nhìn màu sắc siêu phổ vô cùng chi tiết. Bọ ba thùy (đã tuyệt chủng) sở hữu một loại mắt kép rất độc đáo. Chúng sử dụng các tinh thể canxit trong suốt để tạo thành thấu kính cho mắt, khác biệt hoàn toàn với hầu hết các động vật chân đốt khác có cấu trúc mắt mềm. Số lượng thấu kính ở bọ ba thùy rất đa dạng; có loài chỉ có một, nhưng có loài lại có hàng ngàn thấu kính trong một mắt.

Trái ngược với mắt kép, mắt đơn chỉ có một thấu kính. Ví dụ, nhện nhảy có một cặp mắt đơn lớn cho trường nhìn hẹp nhưng độ phân giải cao, được hỗ trợ bởi một loạt các mắt nhỏ hơn xung quanh để tăng cường tầm nhìn ngoại vi. Một số ấu trùng côn trùng, chẳng hạn như sâu bướm, có các loại mắt đơn giản thường chỉ cung cấp hình ảnh thô. Tuy nhiên, ở một số loài (như ấu trùng ong cắn lá), mắt của chúng có độ phân giải 4 độ vòng cung, nhạy cảm với ánh sáng phân cực và có khả năng tăng độ nhạy sáng lên gấp 1.000 lần hoặc hơn vào ban đêm. Dạng mắt đơn giản nhất được gọi là mắt kính (ocelli), có ở một số loài động vật như ốc sên. Chúng không thể "nhìn" theo nghĩa thông thường mà chỉ có các tế bào nhạy sáng, không có thấu kính và không thể chiếu hình ảnh lên tế bào. Chúng chỉ có thể phân biệt được ánh sáng và bóng tối, giúp ốc sên tránh được ánh nắng trực tiếp. Ở những sinh vật sống gần các miệng phun thủy nhiệt dưới biển sâu, mắt ghép của chúng đã được tiêu biến và thích nghi để cảm nhận bức xạ hồng ngoại tỏa ra từ dòng nước nóng, giúp chúng phát hiện các suối nước nóng và tránh bị luộc chín.

Phân loại mắt 

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 

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 

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.

Mắt người

Mắt bạch tuộc

Chú thích

Tham khảo

Liên kết ngoài

Giác quan
Hệ thị giác