Đôi mắt loài cá có gì đặc biệt để chúng nhìn rõ dưới nước?

Thấu kính hình cầu ở mắt cá giúp bù đắp lại sự thiếu khúc xạ và tập trung hình ảnh tốt hơn vào hố mắt - khu vực có tầm nhìn rõ nét.

Bạn đã bao giờ lặn dưới nước và thử mở mắt để quan sát mọi thứ dưới xung quanh trong những hình ảnh mờ ảo và mất nét. Bạn tự hỏi liệu loài cá có phải cũng nhìn mọi thứ như vậy, hay chúng có những cách chuyên biệt nào khác để nhìn dưới nước. Không hoàn toàn như vậy, để giúp chúng ta hiểu cách nhìn của đôi mắt loài cá, hãy xem xét chủ đề này qua “lăng kính” của giải phẫu học, sự tiến hóa và quang học.

Mắt có cấu tạo và chức năng rất phức tạp. Cấu trúc cơ bản và chức năng của mắt ít nhiều giống nhau đối với tất cả các động vật có xương sống. Cấu trúc này mất khoảng chưa đầy 100 triệu năm để hình thành. Trong phạm vi bài viết này, chúng ta chỉ xem xét ba thành phần cơ bản — thấu kính, dịch kính (chất gel nắm ở phía sau mắt) và fovea (hố thị giác). Khi ánh sáng đi qua mắt, nó cũng sẽ đi qua lớp thủy tinh thể - đó là một chất lỏng giống như nước, trong khi thủy tinh thể giúp tập trung  ánh sáng vào fovea. Fovea là một phần của mắt, nơi hình ảnh sắc nét được hình thành. Nói cách khác, nó là phần cho phép chúng ta nhìn thấy rõ ràng.

Cấu trúc phức tạp của một con mắt.

Nhìn dưới môi trường nước rất khác với cách chúng ta nhìn trên cạn:

• Thứ nhất, nước hấp thụ ánh sáng nhiều hơn không khí. Điều này làm cho mọi thứ tối hơn khi bạn di chuyển sâu dưới nước. Ở thử nghiệm suy nghĩ này, chúng ta chỉ xem xét tầm nhìn ở độ sâu 80 mét, vì ánh sáng không đi dưới điểm đó.
• Thứ hai, nước “hấp thụ” ánh sáng đỏ nhiều nhất, tiếp theo là màu cam, vàng, xanh lá cây và sau đó là xanh lam. Điều này có nghĩa là mọi thứ dưới nước sẽ có vẻ thiên về màu "xanh lam" hơn một chút. Mọi thứ sẽ thậm chí còn xanh hơn khi bạn đi sâu vào.

Tuy nhiên, đó không phải là tính chất duy nhất của ánh sáng dưới nước, chúng ta hãy tiếp tục tìm hiểu những đặc tính khiến mọi thứ dưới nước hơi mờ.

Để hiểu rõ về điều này, chúng ta sẽ điều tra 2 vấn đề - vật lý của ánh sáng và giải phẫu của mắt. Để cụ thể hơn, chúng ta sẽ xem xét ánh sáng hoạt động như thế nào khi ở dưới nước. Nước "đặc" hơn không khí nên ánh sáng di chuyển chậm hơn dưới nước, mặc dù sự chênh lệch thời gian nhỏ này gần như không nhận thấy nhưng nó còn có những tác động khác.

Một thuật ngữ phổ biến mà bạn có thể nghe thấy trong quang học là khúc xạ. Sự khúc xạ dùng để chỉ hiện tượng ánh sáng đổi hướng khi đi qua mặt phân cách giữa hai môi trường trong suốt có chiết suất khác nhau. Một ví dụ là khi ánh sáng truyền từ không khí sang nước. Đây là lý do tại sao một cây bút chì sẽ trông giống như bị gãy hoặc bị cong khi bạn cho nó vào nước.

 
Khi ánh sáng được hội tụ tại một điểm nhất định trong mắt, nó sẽ tạo ra một hình ảnh sắc nét.

Khi ánh sáng truyền từ môi trường vật chất "ít đặc" đến dày đặc hơn, nó sẽ có hiện tượng hội tụ. Khi ánh sáng được hội tụ tại một điểm nhất định trong mắt, nó sẽ tạo ra một hình ảnh sắc nét, điều này được thực hiện bởi thấu kính. Cách thức hoạt động của thủy tinh thể trong mắt là do ánh sáng hội tụ. Để hình ảnh rõ ràng, ánh sáng phải hội tụ chính xác tại fovea. Nếu ánh sáng không được tập trung vào fovea, nó sẽ tạo ra một hình ảnh mờ.

Khi ở dưới nước, ánh sáng đi qua mắt phải được khúc xạ đủ để tập trung vào hố mắt. Nếu ánh sáng không được khúc xạ đủ, thì mọi thứ trông sẽ mờ, giống như hiện tượng viễn thị ở mắt người. Biểu đồ dưới đây mô tả về tật viễn thị, bạn sẽ hiểu rõ hơn về nơi ánh sáng tập trung khi không đủ khúc xạ.

Ảnh hưởng của khiếm khuyết thị giác

Khi ánh sáng truyền vào mắt dưới môi trường nước, nó không sẽ không bị khúc xạ nhiều. Điều này là do mật độ của thủy tinh thể và nước rất giống nhau. Lúc này vai trò của thấu kính trong mắt sẽ được phát huy, thấu kính dày đặc hơn, khúc xạ ánh sáng nhiều hơn. Thấu kính với dạng khá tròn, làm cho ánh sáng truyền qua nó trong một khoảng cách xa hơn, khúc xạ nó nhiều hơn Điều này làm cho ánh sáng hội tụ đúng điểm. Nếu thấu kính phẳng hơn, nó sẽ không hội tụ đúng điểm, như đã mô tả ở trên.

Thấu kính hình cầu ở mắt một con cá

Một lý do khác là góc mà ánh sáng đi qua thấy kính lớn hơn, điều này là do bề mặt cong của ống kính. Theo định luật khúc xạ thì nó sẽ khúc xạ ánh sáng tốt hơn, ánh sáng tập trung nhiều Điều này làm cho ánh sáng hội tụ đúng điểm. Nếu thấu kính phẳng hơn, nó sẽ không hội tụ đúng điểm, như đã mô tả ở trên.

Thấu kính hình cầu cũng có khả năng bẻ cong hình ảnh, vì thế loài cá quan sát xung quanh cũng có xu hướng hơi cong đối với các hình ảnh, nhưng chính điều đó mang lại cho chúng tầm nhìn rộng hơn.

Hình ảnh mô tả cách nhìn từ ống kính mắt cá, mọi thứ trông cong và vênh hơn, nhưng bạn sẽ có được tầm nhìn rộng hơn

Con người và các động vật trên cạn khác có thấu kính phẳng vì chúng  giúp chúng ta lấy nét trong môi trường không khí, trong khi cá có thấu kính tròn hơn để giúp chúng lấy nét trong nước, đó là một sự thích nghi tuyệt vời cho cá. Thị giác ở cá rất tiến hóa và phức tạp nhưng trên thực tế các loài động vật trên cạn đã thích nghi ấn tượng hơn. Mắt cá và ống kính từ mắt cá, được ví như là một "bản thiết kế ban đầu".

• Cận cảnh rùa khổng lồ Galapagos bạch tạng quý hiếm mới chào đời
• Những thói quen ngủ dị thường ở động vật
• Cá vàng, loài cá đáng thương nhất trên hành tinh của chúng ta