Дали цветовете са просто илюзии, които създават нашите мозъци?

Цветното зрение е способността да се различават различни дължини на вълните на електромагнитното излъчване. Цветното зрение разчита на мозъчен механизъм за възприемане, който третира светлината с различни дължини на вълната като различни визуални стимули (например цветове). Обичайните цветни нечувствителни фоторецептори (пръчките в човешките очи) реагират само на присъствието или отсъствието на светлина и не правят разлика между специфични дължини на вълните.

Можем да твърдим, че цветовете не са реални - те се „синтезират“ от мозъка ни, за да различават светлината с различни дължини на вълната. Докато пръчките ни дават способността да откриваме присъствието и интензивността на светлината (и по този начин позволяват на мозъка ни да изгради картината на света около нас), специфичното откриване на различни дължини на вълните чрез независими канали дава на нашата представа за света допълнителна висока резолюция. Например червените и зелените цветове изглеждат като почти идентични нюанси на сивото на черно-белите снимки.

Само животно с черно-бяло зрение няма да може да направи разлика между, да кажем, зелена и червена ябълка и няма да разбере кое от тях има по-добър вкус, преди да опита и двете въз основа на цвета. Еволюционните биолози вярват, че човешките предци са разработили цветно зрение, за да улеснят идентифицирането на узрелите плодове, което очевидно би осигурило предимство в конкурентния природен свят.

Защо определени дължини на вълните се свързват с определени цветове остава загадка. Технически цветът е илюзия, създадена от нашия мозък. Следователно не е ясно дали другите животни виждат цветовете по същия начин, по който ги виждаме ние. Вероятно, поради споделената еволюционна история, други гръбначни животни виждат света, оцветен по същия начин, както ние го виждаме. Но цветното зрение е доста разпространено в огромното животинско царство: насекомите, паякообразните и главоногите са в състояние да различават цветовете.

Какви цветове виждат тези животни?

Зрението на човешкия цвят разчита на три фоторецептора, които откриват основните цветове - червен, зелен и син. Някои хора обаче нямат червени фоторецептори (те са „бихромати“) или имат допълнителен фоторецептор, който открива някъде между червения и зеления цвят („тетрахромати“). Очевидно е, че наличието само на 3 фоторецептора не ограничава способността ни да различаваме други цветове.

Всеки фоторецептор може да абсорбира доста широк диапазон от дължини на вълната на светлината. За да различи специфичен цвят, мозъкът сравнява и анализира количествено данните от трите фоторецептора. И нашият мозък прави това изключително успешно - някои изследвания показват, че можем да различаваме цветове, които съответстват на разликите в дължината на вълната от само 1 нанометър.

Тази схема работи до голяма степен по същия начин при повечето висши гръбначни животни, които имат цветно зрение. Въпреки че способността да се прави разлика между специфичните нюанси варира значително между видовете, като хората имат една от най-добрите способности за различаване на цветовете.

Въпреки това, безгръбначните, които са развили цветно зрение (и зрението като цяло) напълно независимо от нас, демонстрират забележително различни подходи за откриване и обработка на цветовете. Тези животни могат да имат изключително голям брой цветни рецептори. Например скаридата с богомолка има 12 различни вида фоторецептори. Обикновената пеперуда bluebottle има още повече - 15 рецептора.

Означава ли това, че тези животни могат да видят допълнителни цветове, невъобразими за нас? Може би да. Някои от техните фоторецептори работят в доста тясна област на светлинния спектър. Например, те могат да имат 4-5 фоторецептора, чувствителни в зелената област на зрителния спектър. Това означава, че за тези животни различните нюанси на зеленото могат да изглеждат толкова различни, колкото сините и червените цветове изглеждат в очите ни! Отново еволюционните предимства на такива адаптации са очевидни за животни, живеещи сред дърветата и тревите, където повечето обекти, както ги виждаме, са оцветени в различни нюанси на зелено.

Изследователите се опитаха да проверят дали по-сложен набор от зрителни рецептори предоставя някакви предимства за животните, когато става въпрос за разграничаване на основните цветове. Констатациите показват, че това не е непременно така, поне не и за скаридите-богомолки. Въпреки впечатляващия набор от рецептори, откриващи светлина в много по-широка част от електромагнитния спектър в сравнение с хората, способността на скаридите да прави разлика между цветовете, които са страхотни в сравнение с нас. Те обаче определят цветовете бързо. Това вероятно е по-важно за практически цели, тъй като скаридите-богомолки са хищници. Голям брой фоторецептори позволява бързото им активиране при определени дължини на вълната на светлината и по този начин директно комуникират на мозъка каква специфична дължина на вълната е била открита. За сравнение, хората трябва да оценят и изчислят количествено сигналите от трите фоторецептора, за да вземат решение за определен цвят. Това изисква повече време и енергия.

Освен че използват различен брой фоторецептори, за да усетят светлина с определени дължини на вълната, някои животни могат да открият светлина, която ние, хората, не можем напълно да видим. Например много птици и насекоми могат да видят в UV частта на спектъра. Например, пчелите имат три фоторецептора, абсорбиращи в UV, синия и зеления регион на спектъра. Това ги прави трихромати, като хората, но със спектралната чувствителност, изместена към синия край на спектъра. Способността да се открива UV светлина обяснява защо някои цветя имат шарки, видими само в тази част от спектъра. Тези модели привличат опрашващи насекоми, които имат способността да виждат в тази спектрална област.

Редица животни могат да открият инфрачервена светлина (излъчването с дължина на вълната), излъчвана от нагрети предмети и тела. Тази способност значително улеснява лова на змии, които обикновено търсят малка топлокръвна плячка. Виждането им чрез IR детекторни рецептори е по този начин чудесно средство за бавно движещи се влечуги. Фоторецепторите, чувствителни към IR лъчение при змиите, се намират не в окото им, а в „ямкови органи“, разположени между очите и ноздрите. Резултатът е все същият: змиите могат да оцветяват предмети според повърхностната им температура.

Както показва тази кратка статия, ние хората можем да видим и анализираме само малка част от визуалната информация, достъпна за други същества. Следващият път, когато видите смирена муха, помислете колко различно възприема едни и същи неща, които гледате и двамата!

ПРЕПРАТКИ

Skorupski P, Chittka L (2010) Фоторецептор Спектрална чувствителност в пчелата, Bombus impatiens (Hymenoptera: Apidae). PLoS ONE 5 (8): e12049. doi: 10.1371 / journal.pone.0012049

Thoen HH, How MJ, Chiou TH, Marshall J. (2014) Различна форма на цветно зрение при скариди от богомолка. Science 343 (6169): 411-3. doi: 10.1126 / science.1245824

Chen P-J, Awata H, Matsushita A, Yang E-C и Arikawa K (2016) Изключително спектрално богатство в окото на обикновената пеперуда Bluebottle, Графиум сарпедон. Отпред. Екол. Evol. 4:18. doi: 10.3389 / fevo.2016.00018

Arikawa, K., Iwanaga, T., Wakakuwa, M., & Kinoshita, M. (2017) Уникален времеви израз на трикратно упсини с дължина на вълната при развиване на очи на пеперуди. Граници в невронни вериги, 11, 96. doi: 10.3389 / fncir.2017.00096

Тази статия за гости първоначално се появи в всепризнатия блог за здраве и наука и мозъчна тематика, BrainBlogger: Как мозъкът възприема цветовете?