Чтение онлайн

В течение мегалет своего формирования млекопитающие были ночными существами. День принадлежал динозаврам, у которых, вероятно, если ориентироваться на их современных родственников, было превосходное цветовое зрение. Такое же, как мы можем обоснованно предположить, было и у отдаленных предков млекопитающих, млекопитающеподобных рептилий, наполнявших дни до расцвета динозавров. Но во время длинного ночного изгнания млекопитающих их глаза должны были улавливать любые фотоны, которые были доступны, независимо от цвета. Не удивительно, что по причинам, которые мы исследуем в «Рассказе Слепой Пещерной Рыбы», способность различать цвета ухудшилась. По сей день у большинства млекопитающих, даже у тех, кто вернулся к дневному образу жизни, довольно плохое цветовое зрение, со всего двухцветной системой («дихроматическое»). Это объясняется количеством различного типа чувствительных к цвету клеток – «колбочек» – в сетчатке. Мы, узконосые обезьяны и обезьяны Старого света, имеем три типа: красные, зеленые и синие, и поэтому наше зрение трихроматическое, но факты свидетельствуют, что мы вернули третий тип колбочек после того, как наши ночные предки потеряли его. Большинство других позвоночных животных, таких как рыбы и рептилии, но не млекопитающие, имеют зрение с тремя типами колбочек (трихроматическое) или с четырьмя (тетрахроматическое), а птицы и черепахи могут быть еще более искушенными. Мы рассмотрим особый случай с обезьянами Нового света и даже еще более особый случай с обезьянами-ревунами через мгновение.

Есть любопытные данные, что австралийские сумчатые отличаются от большинства млекопитающих наличием хорошего трихроматического цветового зрения. Кэтрин Арресе (Catherine Arrese) и ее коллеги, которые обнаружили его у медовых опоссумов и сумчатых тушканчиков (оно было также продемонстрировано у кенгуру-валлаби), предполагают, что австралийские (но не американские) сумчатые сохранили наследственный зрительный пигмент рептилий, который потеряли остальные млекопитающие. Но у млекопитающих вообще, вероятно, самое плохое цветовое зрение среди позвоночных животных. Большинство млекопитающих видит цвета, если вообще видит, лишь так же, как дальтоники. Характерные исключения были обнаружены среди приматов, и не случайно, что они больше, чем любая другая группа млекопитающих, использовали яркие цвета в половых демонстрациях.

В отличие от австралийских сумчатых, которые, возможно, никогда не теряли его, мы можем сказать, глядя на наших родственников среди млекопитающих, что мы, приматы, не сохранили трихроматическое зрение наших рептильных предков, но открыли его вновь – не однажды, но дважды независимо: сначала у обезьян Старого света и человекообразных обезьян, и второй раз в Новом свете у обезьяны-ревуна, хотя и не у обезьян Нового света вообще. Цветовое зрение обезьяны-ревуна похоже на зрение человекообразных обезьян, но достаточно отличается, чтобы приписывать ему независимое происхождение.

Почему хорошее цветовое зрение было настолько важно, что трихроматизм развился независимо в Новом свете и у обезьян Старого света? Основное предположение – что это имеет отношение к питанию фруктами. В преимущественно зеленом лесу фрукты выделяются своими цветами. Это, в свою очередь, вероятно, не является случайностью. Фрукты, возможно, развили яркие цвета, чтобы привлечь плодоядных животных, таких как обезьяны, кто играет жизненно важную роль в распространении и удобрении их семян. Трихроматическое зрение также помогает в обнаружении молодых, более сочных листьев (часто светло-зеленого цвета, иногда даже красного), на фоне более темных зеленых цветов – но это, по-видимому, не выгодно растениям.

Цвет поражает наше сознание. Слова, обозначающие цвет – среди первых прилагательных, которые изучают младенцы, и которые они наиболее нетерпеливо связывают с любым употребляемым существительным. Трудно представить, что оттенки, которые мы воспринимаем, являются обозначениями электромагнитных излучений, лишь немного отличающихся длиной волны. У красного света длина волны – приблизительно 700-миллиардная доля метра, у фиолетового – приблизительно 420-миллиардная доля метра, но вся гамма видимого электромагнитного излучения, которая находится в этих пределах, является лишь смехотворно узким окном, крошечной частью полного спектра, длины волн которого колеблются от километров (некоторые радиоволны) до долей нанометра (гамма-лучи).

Все глаза на нашей планете настроены таким образом, чтобы использовать длины волн электромагнитного излучения, в котором наша местная звезда сияет наиболее ярко, и которые проходят сквозь окно нашей атмосферы. На глаз как биохимическое оборудование, соответствующее этому конечному диапазону длин волн, законы физики налагают определенные ограничения к области электромагнитного спектра, который может быть виден при использовании этого средства. Ни одно животное не может видеть далеко в инфракрасной части спектра. Лучше других это делает ямкоголовая гадюка, имеющая на голове ямки, которые как никакие другие органы чувств сосредотачивают инфракрасные лучи в точное изображение, позволяя этим змеям достигать некоторой направленной чувствительности к высокой температуре, производимой их добычей. И ни одно животное не может видеть далеко в ультрафиолетовой области, хотя некоторые из них, пчелы например, могут видеть немного дальше, чем мы. Но с другой стороны, пчелы не могут видеть наш красный: для них он инфракрасный. Все животные сходятся на том, что «свет» является узким диапазоном длин электромагнитных волн, лежащим где-то между ультрафиолетовым в коротковолновом конце и инфракрасным в длинноволновом. Пчелы, люди и змеи отличаются только слегка в том, где они проводят границы в каждом конце «света».

Еще более узкое поле зрения получает каждая из различного рода светочувствительных клеток в сетчатке. Некоторые колбочки немного более чувствительны к красной области спектра, другие – к синей. В этом состоит отличие между колбочками, которое делает возможным цветовое зрение, и качество цветового зрения зависит в значительной степени от того, сколько различных классов колбочек сравниваются. Дихроматичные животные имеют лишь два класса колбочек, вперемежку друг с другом. Трихроматичные имеют три, тетрахроматичные – четыре. У каждой колбочки есть кривая чувствительности, которая достигает максимума где-нибудь в середине спектра и угасает не очень симметрично с обеих сторон от пика. За пределами своей кривой чувствительности клетка, как говорят, является слепой.

Предположим, пики чувствительности колбочки лежат в зеленой части спектра. Означает ли это, что клетка посылает импульсы в мозг, когда тот смотрит на зеленый объект, как трава или бильярдный стол? Решительно нет. Это означает, что клетка нуждается в большем количестве, (скажем), красного света, чтобы достигнуть того же уровня возбуждения, как при данном количестве зеленого света. Такая клетка вела бы себя одинаково при ярком красном свете или более тусклом зеленом свете (Сравнивается чувствительность трех типов колбочек к различным длинам волн. Хотя колбочки называются синими, зелеными и красными, их пиковые чувствительности лежат в фиолетовой, зеленой и оранжевом конце желтой области. Ответные реакции трех видов колбочек объединяются мозгом, чтобы создать разнообразие оттенков, которые мы видим.). Нервная система может различить цвет объекта, только сравнивая одновременно уровни возбуждения (по крайней мере) двух клеток, предпочитающих различные цвета. Каждая служит «контролем» для другой. Вы можете получить еще лучшее представление о цвете объекта, сравнивая уровень возбуждения трех клеток с различными кривыми чувствительности.

Цветные телевизоры и компьютерные экраны из-за того, что они разработаны для наших трихроматичных глаз, также используют трехцветную систему. На нормальном компьютерном мониторе каждый «пиксел» состоит из трех точек, помещенных слишком близко друг к другу, чтобы глаз мог это заметить. Каждая точка всегда горит одним и тем же цветом: если Вы посмотрите на экран при достаточном увеличении, Вы всегда увидите одни и те же три цвета, обычно красный, зеленый и синий, хотя и при других комбинациях можно достичь того же эффекта. Телесный тон, едва различимая тень – любой оттенок, который Вы пожелаете – можно достичь, варьируя интенсивностью, с которой горят эти три основных цвета (Это дает интригующую возможность. Представьте себе, что нейробиолог вставляет крошечный зонд, скажем, в зеленую колбочку и электрически ее стимулирует. Зеленая клетка теперь докладывает: «свет», в то время как все другие клетки молчат. Будет ли мозг «видеть» «супер зеленый» оттенок, который не может быть достигнут никаким реальным светом? Реальный свет, независимо от того, насколько чистый, всегда стимулировал бы все три класса колбочек в различной степени. Хотя тетра-хроматические черепахи, например, могли бы быть больше всех разочарованы нереалистичными (для них) картинами на нашем телевидении и киноэкранах.).

Точно так же, сравнивая уровни возбуждения только трех видов колбочек, наш мозг может воспринимать огромный диапазон оттенков. Но большинство плацентарных млекопитающих, как уже сказано, является не трихроматами, а дихроматами, лишь с двумя классами колбочек в их сетчатках. Один класс достигает максимума в фиолетовой области (или, в некоторых случаях, ультрафиолетовой), пики других классов лежат где-то между зеленым и красным. У нас, трихроматов, колбочки с короткой длиной волны достигают максимума между фиолетовой и синей областями, и их обычно называют синими колбочками. Другие два класса наших колбочек можно назвать зелеными и красными колбочками. Это сбивает с толку, но даже «красные» колбочки достигают максимума при длине волны, которая является фактически желтоватой. Но их кривая чувствительности в целом простирается в красный конец спектра. Даже если кривая достигает максимума в желтой области, они все еще сильно возбуждаются в ответ на красный свет. Это означает, что, если Вы вычитаете уровень возбуждения «зеленой» колбочки из уровня «красной», Вы получите особенно сильный эффект, глядя на красный свет. С этого момента я забуду о пиковой чувствительности (фиолетовой, зеленой и желтой) и обращусь к трем классам колбочек – синим, зеленым и красным. В дополнение к колбочкам есть также палочки: светочувствительные клетки отличной от колбочек формы, которые особенно полезны ночью, и которые не используются в цветовом зрении вообще. Они не будут играть роли в дальнейшей нашей истории.

Химия и генетика цветового зрения довольно хорошо изучены. Главные молекулярные актеры в истории – опсины: белковые молекулы, которые служат оптическими пигментами, находящимися в колбочках (и палочках). Каждая молекула опсина работает, будучи упакованной и присоединенной к единственной молекуле ретинола: химическому соединению, полученному из витамина A (Морковь богата бета-каротином, из которого может быть образован витамин А: отсюда и слух — слухи могут быть правдивыми — что морковь улучшает зрение.). Молекула ретинола была предварительно сильно изогнута, чтобы соответствовать молекуле опсина. При попадании единственного фотона соответствующего цвета петля распрямляется. Это – сигнал для клетки, чтобы запустить нервный импульс, который говорит мозгу: «свет моего типа здесь». Затем молекула опсина перезаряжается другой изогнутой молекулой ретинола из магазина в клетке.