Cosa vedono le formiche?

Le altre risposte alleffetto che è necessario ottenere ottiche grandi per vedere i dettagli fini sono vere perché sono vere per ottiche di imaging convenzionali che percepiscono il campo elettromagnetico campo lontano o radiativo ie quello la cui componente di Fourier alla frequenza $ \ omega $ può essere rappresentata come una sovrapposizione lineare di onde piane con vettori donda a valori reali $ (k_x , \, k_y, \, k_z) $ con $ k_x ^ 2 + k_y ^ 2 + k_z ^ 2 = k ^ 2 = \ omega ^ 2 / c ^ 2 $. Questo è il tipo di campo a cui si applica il limite di diffrazione di Abbe e che limita gli “occhi” come il nostro comprendente ottiche di imaging e retine, o anche occhi composti come quelli una formica.

Tuttavia, questo non è lintero campo elettromagnetico: molto vicino agli oggetti che interagiscono con esso, il campo elettromagnetico include componenti di campo vicino o campo evanenescente . Queste sono onde piane generalizzate per le quali:

1. La componente del vettore donda in una direzione $ k_ \ parallel $ è maggiore del numero donda $ k $ e può quindi codificare variazioni spaziali potenzialmente molto più piccole di una lunghezza donda;

2. La componente del vettore donda $ k_ \ perp $ ortogonale a questa direzione deve quindi essere immaginaria , in modo che $ k_ \ parallel ^ 2 + k_ \ perp ^ 2 = k ^ 2 $ possa essere soddisfatto.

Quindi tali campi decadono esponenzialmente con la distanza dal disturbo al campo elettromagnetico che li ha generati e quindi normalmente non possono contribuire a unimmagine formata da un sistema di imaging.

Tuttavia, se riesci ad avvicinare i sensori di immagine abbastanza vicino al disturbo, puoi comunque registrare i dettagli codificati nelle componenti evanescenti più sottili della lunghezza donda. Questo è il principio del microscopio ottico a scansione per campo vicino .

Il sensore del microscopio ottico a campo vicino può essere davvero estremamente piccolo, in modo che un batterio La forma di vita di dimensioni potrebbe registrare dettagli al di sotto della lunghezza donda nel mondo circostante con recettori costituiti da poche molecole purché la forma di vita fosse abbastanza vicina al dettaglio in questione. Nota che, quando $ k_ \ parallel > k $ i campi decadono come $ exp (- \ sqrt {k_ \ parallel ^ 2-k ^ 2} z) $ con distanza crescente $ z $ dalle loro fonti. Quindi cè un compromesso tra quanto più sottile di una lunghezza donda possiamo vedere con un tale sensore e quanto vicino alla sorgente dobbiamo essere per vederlo. Se vogliamo vedere le caratteristiche un decimo della lunghezza donda della luce visibile, allora $ k \ approx 12 {\ rm \ mu m ^ {- 1}} $ e $ k_ \ parallel \ approx 120 {\ rm \ mu m ^ { -1}} $, in modo che lampiezza del campo vicino decada di un fattore $ e $ per ogni centesimo di lunghezza donda distante dalla sorgente del rivelatore. Pertanto perdiamo circa 10dB di rapporto segnale / rumore per ogni centesimo di distanza di lunghezza donda che separa il rivelatore e la sorgente. Quindi per rilevare dettagli così fini (strutture a 50 nm) da un micron di distanza sarebbero necessarie sorgenti luminose estremamente forti, in modo che i rivelatori avrebbero un segnale molto pulito.

Ovviamente, quanto sopra è un esempio estremo, ma se sei una forma di vita delle dimensioni di un batterio che percepisce direttamente il campo usando una serie di sensori molecolari finemente distanziati, potresti essere in grado di “vedere” le caratteristiche al di sotto della lunghezza donda del Mondo nelle tue immediate vicinanze. Inoltre, è possibile concepire una minuscola creatura “sente” il suo vicinato usando microscopi a forza atomica .

Quindi, sì, se includi tutta la fisica e rispetti la condizione che devi alzarti molto vicino agli oggetti percepiti, sarebbe possibile che una forma di vita delle dimensioni di un batterio veda i dettagli al di sotto della lunghezza donda nella sua immediata vicinato, forse anche singoli atomi se includiamo il rilevamento della forza atomica.

Ovviamente, mettere tutto il “cervello” di elaborazione del segnale nella forma di vita necessaria per comprendere queste informazioni potrebbe essere unaltra questione.

Le formiche hanno solo occhi a bassa risoluzione, a parte tre ocelli – occhi semplici – che rilevano solo un livello di luce e una polarizzazione complessivi, vedi

http://en.wikipedia.org/wiki/Ant#Morphology

La loro capacità di vedere i dettagli – piccoli oggetti e le loro caratteristiche – è molto peggiore che per i vertebrati come noi. Suggerire che gli animali, specialmente come animali primitivi come le formiche, possano vedere i batteri è assurdo.

La lunghezza donda della luce visibile è di circa mezzo micron, che è anche la dimensione di molti batteri. Quindi non puoi vedere nulla allinterno dei batteri con la luce visibile, nemmeno con una tecnologia allavanguardia. Per vedere oggetti più dettagliati, devi passare ai raggi X o agli elettroni e creare microscopi migliori.

È ancora più irrealistico proporre che una persona, o anche una formica, possa vedere un atomo (che è 10.000 volte più piccolo di un batterio) attraverso la luce visibile.

Non puoi semplicemente aumentare le dimensioni e Il mondo non è invariante sotto le trasformazioni di scala, diciamo. Diverse scale di lunghezza vedono diversi tipi di fenomeni fisici e diversi oggetti fisici. Latomo di un dato tipo ha sempre la stessa dimensione e non puoi ingrandirlo. Inoltre, non hai nemmeno fatto il ridimensionamento correttamente perché non hai scalato la lunghezza donda della luce. Inoltre, la visione con risoluzione dettagliata richiede alcuni “circuiti abbastanza grandi” per gestire le informazioni, ecc.

A proposito, questo vale anche per gli acceleratori. LLHC è il nostro miglior “microscopio” in grado di vedere distanze inferiori a $ 10 ^ {- 19} $ metri, ma per farlo richiede tunnel con i migliori magneti lunghi 27 chilometri. Oggetti piccoli come le formiche non possono vedere con questa buona risoluzione e, anche se potessero, non potrebbero gestire lenorme quantità di informazioni che i loro occhi gli darebbero.

Animali abbastanza grandi – per esempio mammiferi: guarda il mondo proprio come noi. Esistono differenze ben note tra i colori a cui sono sensibili i diversi mammiferi. I cani, ad esempio, sono parzialmente daltonici, relativamente a ciò che possiamo fare.

Commenti

• Il richiedente ha espressamente dichiarato nella domanda che il la visione delle formiche era solo una metafora e la sua domanda riguardava la natura della luce. Non è ” ridicolo ” proporre la domanda, poiché hai sentito il bisogno di affermare più di una volta. È ridicolo rimproverare i nuovi arrivati in questo forum per aver fatto domande, come hai fatto a me solo un momento fa (link segue), e a questo richiedente proprio ora.
• Caro Olhovsky, ‘ non hai ragione o qual è ‘ il modo giusto per dire che ‘ ti sbagli senza rimproverarti. 😉 Lidea che si possano vedere batteri o atomi è principalmente ridicola ed esattamente perché contraddice la natura fondamentale della luce, cioè che è fatta di onde. Si possono usare metafore ma alla fine la fisica ha un contenuto che non è una metafora. Nel mio paese che non è allavanguardia, il fatto che la luce sia fatta di onde viene insegnato nelle scuole di base, quindi mi riservo il diritto di dire che le persone che non hanno familiarità con questo punto non hanno unistruzione di base.
• E se il problema riguarda i nuovi arrivati, lasciatemi dire che trovo frustrante la recente marea di domande di bassa qualità. Lo scopo di questo server non è quello di attrarre un numero massimo di ” nuovi arrivati ” che scrivono sequenze arbitrarie di parole con almeno una domanda marchio. Solo pochi mesi fa, questo doveva – e quasi era in pratica – un vero server per chiedere e rispondere a domande sulla fisica da parte di persone che conoscono effettivamente un po di fisica. – E grazie, Robert, a proposito.
• @ Luboš, sono daccordo che la qualità delle Domande sia diminuita, ma penso che le persone che conoscono effettivamente un po di Fisica non facciano Domande, per qualsiasi motivo. Quando arrivano i nuovi arrivati, trovano immediatamente esempi di Domande che sembrano loro più stupide della loro Domanda, quindi perché non chiederla? Le domande difficili sono difficili da trovare ed è molto probabile che non trovino risposta. Se ci fosse una preponderanza di Domande difficili, le Domande di bassa qualità potrebbero essere rimandate.Ciò che i nuovi arrivati ‘ non vedono, quindi ‘ non sono scoraggiati da loro, sono le Risposte che raccontano le Domande di bassa qualità che sono ‘ stupidi.
• Wow, non sono stato ‘ definito stupido in tanti modi interessanti un po. Mi scuso se la domanda è stata abbastanza esoterica per te, ‘ proverò a fare meglio la prossima volta, ma si trattava di fisica, non era ‘ t sulla programmazione, per esempio, quindi ‘ non sono sicuro di quale sia la tua lamentela. Se hai pensato così poco alla domanda, perché non votarla e non rispondere? Inoltre, non ho ‘ t ” proposto ” che si possano vedere gli atomi, ho chiesto , ed è teorico, non pratico, ma supponendo una risoluzione perfetta, quindi, e utilizzando la luce visibile, come sarebbe ” ” il mondo a quella scala?

Il mondo delle formiche è ordinato molto più dalla ricezione chimica e dai feromoni che dalla vista . Le formiche producono una serie di tali sostanze chimiche che agiscono come segnali. Percepiscono anche altre sostanze chimiche nel loro ambiente e, in quanto ciò che potrebbe essere definito un “super organismo”, hanno una mappa collettiva, una mappa chimica, del terreno in cui vivono.

Le formiche hanno occhi composti e loro sono piuttosto piccoli. Nella maggior parte dei casi il loro scopo è rilevare i cambiamenti improvvisi nei livelli di luce. Una formica che lo percepisce riceve un segnale che potrebbe essere presente un predatore e quindi è necessario uscirne.

Alcune specie di baceteria hanno molecole di opsina che sono fotoattive. Quindi la ricezione dei fotoni può provocare cambiamenti nellattività del percorso molecolare. La molecola di rodopsina nei nostri occhi o nella retina ha due stati conformi per la ricezione e la non ricezione di un fotone. Lenergia del fotone cambia la forma della molecola e questo agisce quindi per avviare un percorso molecolare GTP che viene amplificato alla fine in un potenziale dazione neurale. La rodopsina è una forma di molecole di opsina, che nella loro classificazione generale si sovrappongono alle molecole fotosintetiche anche in alcuni batteri. Tuttavia, i bacilli non formano alcun tipo di immagine di nulla.

Affinché un bacillo possa “vedere” un atomo, avrebbe bisogno di rilevare i raggi gamma. I raggi gamma sono in gran parte al di fuori dello spettro EM disponibile per i sistemi biologici. In effetti sono letali.

Commenti

• Vedo che sei stato di nuovo retrocesso :).
• I ‘ ho unito le due istanze dei tuoi account. Puoi segnalare allattenzione del moderatore quando ciò accade.

Per quanto riguarda la funzione della luce: Sì, puoi ridimensionare (fino a un punto). Ho lavorato su un ASIC (Application Specific Integrated Circuit) che utilizzava un processo da 8 micron (Cro-magnon per gli standard odierni). Non riuscivo a vedere i dettagli di questi circuiti nel prodotto finito (troppo piccolo) MA erano realizzato fondamentalmente (sto semplificando notevolmente) con le sue piccole immagini fotografiche prodotte dalla luce (oltre la gamma della luce visibile). Per dirla in un altro modo: il dettaglio risolvibile disponibile dalla luce è di gran lunga, MOLTO più sottile dellocchio umano non aiutato può vedere.

I biologi affermano che le aquile possono vedere dettagli circa 10 volte più nitidi di un essere umano (e locchio di unaquila è notevolmente più piccolo di un occhio umano).

Quello che indosso ” Non so, è qui che la dimensione fisica dellocchio limita i dettagli. Non vedo motivo per cui non possa ridimensionarsi … MOLTO verso il basso. Ma non sono un biologo e (fortunatamente) non una formica. Sarebbe interessante scoprire dove finiscono i bulbi oculari più piccoli e dove prendono il sopravvento gli altri apparati visivi.

Quindi, il tuo esempio di arrivare dove potresti vedere i batteri presenta un punto di rottura interessante: in teoria non cè problema nel vedere un batterio (dimensione circa 1000 nm) allestremità inferiore della luce UV (estremità superiore della luce visibile dalluomo), lunghezza donda di circa 400 nm. Ma i dettagli sarebbero ovviamente un po confusi. Il batterio apparirebbe come una macchia sfocata e nessun bicchiere aiuterebbe. Il limite teorico per la risoluzione dei dettagli dei moderni microscopi ottici è di 200 nm (utilizzando una luce “verde” a 550 nm).