Кольори - це просто ілюзії, які створює наш мозок?

Кольорове бачення - це здатність розрізняти різні довжини хвиль електромагнітного випромінювання. Кольорове зір покладається на механізм сприйняття мозку, який розглядає світло з різною довжиною хвилі як різні зорові стимули (наприклад, кольори). Звичайні кольорові нечутливі фоторецептори (стержні в людських очах) реагують лише на присутність або відсутність світла і не розрізняють конкретні довжини хвиль.

Ми можемо стверджувати, що кольори не є реальними - їх «синтезує» наш мозок для розрізнення світла з різною довжиною хвилі. Хоча палички дають нам можливість виявляти присутність та інтенсивність світла (і, таким чином, дозволяють нашому мозку будувати картину навколишнього світу), конкретне виявлення різних довжин хвиль за незалежними каналами надає нашому погляду на світ додаткової високої роздільної здатності. Наприклад, червоний та зелений кольори виглядають як майже однакові відтінки сірого на чорно-білих фотографіях.

Тільки тварина з чорно-білим зором не зможе розрізнити, скажімо, зелене та червоне яблуко, і не буде знати, яке із них смачніше, перш ніж спробувати їх обидва, виходячи з кольору. Еволюційні біологи вважають, що предки людини розробили кольорове бачення, щоб полегшити ідентифікацію стиглих плодів, що, очевидно, забезпечить перевагу в конкурентному природному світі.

Чому певні довжини хвиль поєднуються з певними кольорами, залишається загадкою. Технічно колір - це ілюзія, яку створює наш мозок. Тому незрозуміло, чи бачать інші тварини кольори так само, як ми бачимо їх. Цілком імовірно, що завдяки спільній еволюційній історії інші хребетні бачать світ забарвленим так само, як ми бачимо його. Але кольоровий зір досить поширений у величезному тваринному царстві: комахи, павукоподібні та головоногі малюки здатні розрізняти кольори.

Які кольори бачать ці тварини?

Кольорове зір людини покладається на три фоторецептори, які виявляють основні кольори - червоний, зелений та синій. Однак у деяких людей бракує червоних фоторецепторів (вони є “біхроматами”) або є додатковий фоторецептор, який виявляє десь між червоним і зеленим кольорами (“тетрахромати”). Очевидно, що наявність лише 3 фоторецепторів не обмежує нашу здатність розрізняти інші кольори.

Кожен фоторецептор може поглинати досить широкий діапазон довжин хвиль світла. Щоб розрізнити конкретний колір, мозок порівнює та кількісно аналізує дані всіх трьох фоторецепторів. І наш мозок робить це надзвичайно успішно - деякі дослідження показують, що ми можемо розрізнити кольори, які відповідають різниці довжин хвиль лише в 1 нанометр.

Ця схема працює майже однаково у більшості вищих хребетних тварин, які мають кольоровий зір. Хоча здатність розрізняти конкретні відтінки суттєво різниться між видами, оскільки людина має одну з найкращих кольоровідмінних здібностей.

Однак безхребетні, які розвинули кольоровий зір (і зір загалом) абсолютно незалежно від нас, демонструють надзвичайно різні підходи до виявлення та обробки кольорів. Ці тварини можуть мати винятково велику кількість кольорових рецепторів. Наприклад, креветка-богомол має 12 різних типів фоторецепторів. У звичайної метелики блакитних пляшок ще більше - 15 рецепторів.

Чи означає це, що ці тварини можуть бачити додаткові кольори, немислимі для нас? Можливо, так. Деякі з їх фоторецепторів працюють у досить вузькій області світлового спектру. Наприклад, вони можуть мати 4-5 фоторецепторів, чутливих до зеленої області зорового спектра. Це означає, що для цих тварин різні відтінки зеленого можуть виглядати так само, як сині та червоні кольори на наших очах! Знову ж таки, еволюційні переваги таких пристосувань очевидні для тварин, що мешкають серед дерев і трав, де більшість предметів, як ми бачимо, пофарбовані в різні відтінки зеленого.

Дослідники намагалися перевірити, чи надає більш складний набір зорових рецепторів якісь переваги для тварин, коли йдеться про розрізнення основних кольорів. Висновки показують, що це не обов'язково так, принаймні не для креветки-богомола. Незважаючи на вражаючий набір рецепторів, що виявляють світло у набагато ширшій частині електромагнітного спектра порівняно з людьми, здатність креветок розрізняти кольори, які є чудовими порівняно з нами. Однак кольори вони визначають швидко. Це, мабуть, важливіше для практичних цілей, оскільки креветки-богомоли є хижаками. Велика кількість фоторецепторів дозволяє швидко їх активувати на певних довжинах хвиль світла і, таким чином, безпосередньо повідомляти мозку про те, яку конкретну довжину хвилі було виявлено. Для порівняння, люди повинні оцінювати та кількісно визначати сигнали від усіх трьох фоторецепторів, щоб визначитися з певним кольором. Для цього потрібно більше часу та сил.

Окрім використання різної кількості фоторецепторів для відчуття світла певної довжини хвилі, деякі тварини можуть виявляти світло, яке ми, люди, абсолютно не бачимо. Наприклад, багато птахів та комах можуть бачити в УФ-частині спектру. Наприклад, у джмелів є три фоторецептори, що поглинають ультрафіолетові, сині та зелені області спектру. Це робить їх трихроматами, як і люди, але зі спектральною чутливістю зміщується до синього кінця спектра. Здатність виявляти УФ-світло пояснює, чому деякі квіти мають візерунки, видимі лише в цій частині спектра. Ці візерунки приваблюють комах-запилювачів, які мають здатність бачити в цій спектральній області.

Ряд тварин може виявляти інфрачервоне світло (випромінювання довжини хвилі), що випромінюється нагрітими предметами та тілами. Ця здатність значно полегшує полювання на змій, які зазвичай шукають дрібну теплокровну здобич. Таким чином, їх бачення через ІЧ-детекторні рецептори є чудовим інструментом для повільних плазунів. Фоторецептори, чутливі до ІЧ-випромінювання у змій, знаходяться не в їх оці, а в «ямкових органах», розташованих між очима та ніздрями. Результат все той же: змії можуть забарвлювати предмети відповідно до температури їх поверхні.

Як показує ця коротка стаття, ми, люди, можемо бачити та аналізувати лише незначну частину візуальної інформації, доступної для інших істот. Наступного разу, коли ви побачите скромну муху, подумайте, як по-різному вона сприймає ті самі речі, на які ви обидва дивитесь!

ЛІТЕРАТУРА

Скорупський П, Читка Л. (2010) Фоторецептор Спектральна чутливість у Джмеля, Bombus impatiens (Перетинчастокрилі: Apidae). PLOS ONE 5 (8): e12049. doi: 10.1371 / journal.pone.0012049

Thoen HH, How MJ, Chiou TH, Marshall J. (2014) Інша форма кольорового зору у креветок-богомолів. Наука 343 (6169): 411-3. doi: 10.1126 / science.1245824

Chen P-J, Awata H, Matsushita A, Yang E-C та Arikawa K (2016) Надзвичайне спектральне багатство в оці звичайного метелика Bluebottle, Графіум сарпедон. Спереду. Екол. Евол. 4:18. doi: 10.3389 / fevo.2016.00018

Arikawa, K., Iwanaga, T., Wakakuwa, M., & Kinoshita, M. (2017) Унікальне часове вираження тричі подовжених довгохвильових опсинів у розвитку очей метеликів. Межі в нейронних ланцюгах, 11, 96. doi: 10.3389 / fncir.2017.00096

Ця гостьова стаття спочатку з’явилася у нагородженому блозі охорони здоров’я та науки та спільноті, присвяченій мозку, BrainBlogger: Як мозок сприймає кольори?