Čo môže za to, že pod hladinou nevidíme ostro? Prečo nás pri potápaní štípu oči a ako vidia morské živočíchy? Aj na to som sa pozrel v novom bloku, ktorý vám prezradí fascinujúce tajomstvá zraku pod vodou.
Prečo je svet pod hladinou rozmazaný?
Určite ste si všimli, že predmety pod vodou vidíme rozmazanejšie, niekedy sú zdeformované a zdajú sa byť bližšie. Prečo je to tak?
Keď svetlo prechádza z jedného prostredia do druhého, začne sa lámať. Ako veľmi sa láme závisí od rýchlosti prechodu svetla rôznymi materiálmi a táto rýchlosť zasa závisí od hustoty materiálu, ktorým prechádza.
Rýchlosť prechodu sa označuje ako index lomu. Ide o porovnanie, o koľko pomalšie svetlo cestuje daným prostredím oproti rýchlosti vo vákuu. Zatiaľ, čo vzduch má index lomu 1,0 pretože svetlo sa v ňom pohybuje takmer rovnako rýchlo ako vo vákuu, v prípade vody je to 1,333, čo je v porovnaní s vákuom o 75 % pomalšie.
Čím vyšší má látka index lomu, tým viac sa v nej svetlo pri prechode z jedného prostredia do druhého láme. To je dôvod, prečo sa predmety, napríklad ceruzka, zdajú ohnuté, keď ich ponoríme do nádobky s vodou.
Slnko je žlté, tráva zelená a voda modrá. Alebo nie?
Farby ako ich poznáme v skutočnosti neexistujú. Každý predmet odráža svetlo, ktoré náš mozog interpretuje „po svojom“. No keď dieťaťu v škôlke poviete, aby namaľovalo dovolenku pri mori, automaticky siahne po modrej pastelke. Keď sú farby iba očným klamom, prečo teda vodu vidíme ako modrú?
Je to kvôli tomu, že voda pohlcuje jednotlivé farby vo svetelnom spektre odlišne. Najviac pohlcuje červenú, následne žltú a zelenú a najmenej modrú. Práve preto väčšinu vodných plôch vidíme v tejto farbe. No nie každé more, rieka či jazero sa zdá byť modré. Niekedy majú červenkastú, hnedú či dokonca zelenú farbu. Môžu za to rôzne organické prímesi vo vode, ktoré menia intenzitu, akou tekutina pohlcuje farby.
No zatiaľ čo my vidíme povrch vodných tokov vo farbách, pravda je, že väčšina vody v oceánoch na celom svete nijakú farbu nemá. V istej hĺbke sa mení na čiernu tmu. Je to preto, že voda lúče svetla sa dostanú do hĺbky okolo 1 000 metrov, no našimi očami je rozpoznateľné asi len do hĺbky 200 metrov.
Naše oči sú prispôsobené podmienkam na súši. Hustota oka, rýchlosť, akou ním prechádza svetlo a teda aj jeho index lomu sa od vzduchu líšia. Keď svetlo do oka vstúpi, rohovka a vrstva tekutiny na jej povrchu zlomia svetlo tak, aby na šošovku dopadalo v správnom uhle. Tu sa svetlo láme ešte raz a vďaka tomu sa na sietnicu premietne ostrý obraz.
Keďže index lomu vo vode je skoro rovnaký ako ten v oku, svetlo sa po vstupe do oka takmer nezlomí. Láme sa až po prechode šošovkou, takže sa obraz nepremieta na sietnicu, ale až kúsok za ňou. Preto pod vodou nevidíme ostro. Ide o podobný efekt, ako keď postavíte premietačku príliš blízko k premietaciemu plátnu.
Plavecké okuliare nám pomáhajú vidieť ostro vďaka tomu, že medzi očami a vodou vytvárajú vrstvu vzduchu. Tá zabezpečuje, že sa svetlo láme rovnako, ako nad hladinou.
Pália vás pod vodou oči? Môže za to chlór a soľ
Určite ste už nahliadnuť pod hladinu bazénu či mora bez plaveckých okuliarov, no skončili ste s červenými očami. Na vine nie je voda, ale jej prímesi.
V bazéne za pálenie očí môže chlór. Ten je síce dobrý na zabíjanie baktérií, no nášmu zraku neprospieva. Narušuje slzný film na povrchu rohovky, čo spôsobuje jej podráždenie. V niektorých prípadoch chlór rohovku maličko poškodzuje, kvôli čomu môžete dočasne vidieť rozostrene.
V mori problémy so zrakom spôsobuje soľ. Hoci je oko prirodzene pokryté slanou slznou vrstvou, obsah soli v morskej vode je tri až štyrikrát vyšší. Takáto koncentrácia soli vaše oči dehydratuje a spôsobuje pálenie.
No keď zložky vo vode dráždia oči, čo môže za to, že niektorí ľudia nemajú problém bez plaveckých okuliarov preplávať aj celú dĺžku bazéna? Stojí za tým najmä prekonanie strachu a tréning. Oči ľudí v našich zemepisných šírkach nemajú nijaké fyziologické rozdiely, ktoré by niekomu dávali pod vodou výhodu. Neplatí to však všade na svete.
Ľudia z kmeňu Moken vidia ako delfíny
Na pobreží Adamanského mora a pozdĺž západného pobrežia Thajska žije kmeň Moken. Týmto ľuďom sa hovorí aj morskí nomádi. Odjakživa žili pri oceáne a dodnes s ním žijú v harmónii. Preto sa nedá čudovať, že deti z kmeňa Moken odmalička brázdia morské vody, aby zohnali potravu. Na ich štýle plávania je ale niečo výnimočné. V oceáne sa správajú takmer ako morské panny. Pod hladinou vydržia dlhšie ako iní ľudia a oči majú po celý čas otvorené.
Schopnosť udržať oči dokorán v slanej vode však majú len mokenské deti. Na súši sa ich zrak nijako nelíši od zraku iných detí. Svoje špeciálne schopnosti získavajú až pod vodou, tak, že dokážu maximálne stiahnuť zreničky a tiež zmeniť tvar svojich šošoviek. Vďaka tomu je ich zrak je pod vodou rovnako ostrý, ako nad hladinou. Podobne fungujú aj oči tuleňov či delfínov.
Dospelí a starší ľudia z kmeňu Moken lovia prevažne oštepmi, pretože túto výnimočnú schopnosť vekom strácajú. Keď totiž starneme, naše šošovky sú menej flexibilné.
Môže otváranie očí vo vode trvalo poškodiť zrak?
Okolo tejto otázky sa vedú diskusie. V čistej morskej vode a v kontrolovaných verejných bazénoch s bezpečnou hladinou chlóru by sa to stať nemalo. No môže dôjsť k dočasnému podráždeniu, čo vedie k rozostrenému videniu alebo v prípade, že je voda znečistená baktériami, k infekcii.
Problém nastáva keď otvoríte oči v bazéne, ktorý obsahuje príliš veľa chlóru. Vtedy chlór môže poškodiť povrch rohovky. Takéto prípady sú veľmi zriedkavé, no pred výletom na kúpalisko si aj tak radšej vždy zistite, či je voda v bazéne podľa Ústavu verejného zdravotníctva Slovenskej republiky bezpečná na kúpanie.
Väčšie riziko vám pod vodou hrozí, ak nošíte kontaktné šošovky. Môžu sa zdeformovať, posunúť ale najväčšie riziko je infekcia meňavkami rodu Acanthamoeba. Tie sú všade okolo nás ale najviac obľubujú sladkú a teplú stojatú vodu. Môžu sa vyskytovať aj v bazénoch, vírivkách a termálnych kúpaliskách, najmä ak sú horšie udržiavané. Infekcia postihuje rohovku oka a bez včasnej liečby (ktorá je veľmi dlhá obtiažna) dochádza k trvalému poškodeniu zraku. Na Slovensku už bolo pozorovaných viac ako desať prípadov takejto infekcie, v niektorých prípadoch pacient prišiel aj o oko alebo bola nutná transplantácia rohovky. Preto nosenie kontaktných šošoviek v bazénoch, vírivkách a počas kúpania v jazerách s teplou vodou sa jednoznačne nedoporučuje.
Ako vidia morské živočíchy?
Zatiaľ, čo náš zrak sa evolučne prispôsobil životu na súši, morské tvory sa museli adaptovať na prežitie pod hladinou. Napríklad oči rýb sú na rozdiel od našich extrémne vypuklé, čo pomáha šošovke správne lámať svetlo a premietať ostrý obraz na sietnicu. Na tomto princípe je postavená aj rovnomenná funkcia fotoaparátov, rybie oko.
Oči morského mäkkýša sú inšpiráciou pre robotiku
Mozog primitívneho druhu mäkkýša Acanthopleura granulata je len zhlukom nervov. Napriek tomu má tento jednoduchý živočích na tele stovky malých očí so šošovkami, ktoré sú schopné odrážať svetlo a vytvoriť obraz. Acanthopleura síce rozpoznáva iba tiene, no stále vidí omnoho jasnejšie, ako sa vedci domnievali. Dôvod, prečo má primitívny živočích sofistikovaný zrakový systém, na ktorý jeho mozog vlastne ani nestačí, je jednoduchý. Acanthopleura lozí po skalách a čelí silným vlnám. Stovky očí teda slúžia ako záloha za tie, ktoré poškodí voda.
Výskum očí tohto živočícha ma aj praktické využitie. Môže slúžiť ako inšpirácia pre dizajn robotov. Napríklad zabudovanie stoviek malých kamier na dron by zabezpečilo, že aj v prípade poškodenia niektorých z nich stále zostanú ďalšie, ktoré fungujú normálne.
Oko morských živočíchov je na rozdiel od nášho citlivé iba na modré svetlo. Výnimkou sú tri druhy ryby Baramundi malajskej (Scleropages formosus, v angličtine Dragon fish), ktorých oči dokážu zachytiť aj červené spektrum. To im dáva výhodu oproti ostatným živočíchom. Svoje “červené baterky“ môžu používať na prilákanie partnera, no tiež si navzájom vysielajú svetelné signály a varujú sa tak pred nebezpečím. Oči predátorov totiž červené svetlo nie sú schopné zachytiť.
Dva z troch druhov tejto ryby používajú na zachytenie červeného svetla podobné mechanizmy, ako človek. Tretí druh, Pestrohlavec čierny (Malacosteus niger), je raritou v živočíšnej ríši. Ako jediný známy živočích na svete vidí červené svetelné spektrum vďaka chlorofylu, pigmentu, ktorý inak na čerpanie energie zo svetla používajú iba rastliny. Vedci si myslia, že chlorofyl čerpá zo svojej potravy.
Nenápadné morské živočíchy s výnimočným zrakom
Kreveta Mantis (Odontodactylus scyllarus): Jej zložené oči sú síce malé, no každým z nich dokáže hýbať nezávisle. Tvoria ich stovky samostatných svetlocitlivých buniek, ktoré dohromady formujú obraz. Kreveta Mantis má navyše okolo 12 receptorov na rozpoznávanie farieb. V ľudskom oku sú iba 3. Odontodactylus preto dokáže vidieť napríklad ultrafialové lúče.
Malorotas Macropinna: Bizarná ryba s priehľadnou hlavou žije v hĺbke od päťsto do dvetisíc metrov. Aj pre ťažké podmienky má jedny z najsofistikovanejších očí v živočíšnej ríši. Jej zrakový orgán je rozdelený na dve časti, vďaka čomu vidí pod seba aj nad seba zároveň. V hornej časti jej oka svetlo spracúva šošovka, spodná časť používa na rovnaký účel skupinu zrkadlových plôšok.
Morská hviezdica: Veľa ľudí si myslí, že hviezdica nemá nijaké oči. No v skutočnosti ich má 5 – jedno na konci každého „chápadla“. Odborne sa jej druh oka volá ocelli, alebo aj pseudozložené oko. Zrak hviezdice je obmedzený, dokážu rozlišovať iba medzi svetlom a tmou.
Paraphronima gracilis: Ide o malého živočícha z radu rôznonôžiek a vyzerá trochu ako priehľadný morský koník. Malý nenápadný tvor však svet vidí cez dve veľké, unikátne oči. Tie sa skladajú z 32 rôznych svetlocitlivých rohoviek. Nijaké iné zložené oko v živočíšnej ríši nemá takúto stavbu. Vďaka nemu Paraphronima vidí omnoho ostrejšie a rozpoznáva viac detailov.
Tučniaky: Ryby vidia pod vodou, no nad vodou by boli extrémne krátkozraké. Človek zasa nevidí ostro pod hladinou. No existujú živočíchy, ktoré potrebujú mať dokonalý zrak v oboch podmienkach. Napríklad tučniaky. Ich rohovka je plochá, omnoho plochejšia ako naša. To spôsobuje, že funkciu zaostrovania zraku takmer úplne preberá šošovka. Tá je tiež jemnejšia, ako u človeka. Tučniaky teda dokážu jej veľkosť prispôsobovať v omnoho väčšej miere než iné živočíchy a tvar šošovky menia podľa toho, v akom prostredí sa nachádzajú.
