Ali barve ustvarjajo samo iluzije, ki jih ustvarjajo naši možgani?

Barvni vid je sposobnost razlikovanja različnih valovnih dolžin elektromagnetnega sevanja. Barvni vid se opira na mehanizem zaznavanja možganov, ki svetlobo z različnimi valovnimi dolžinami obravnava kot različne vizualne dražljaje (npr. Barve). Običajni barvno neobčutljivi fotoreceptorji (palice v človeških očeh) reagirajo samo na prisotnost ali odsotnost svetlobe in ne razlikujejo med določenimi valovnimi dolžinami.

Lahko trdimo, da barve niso resnične - naši možgani jih »sintetizirajo«, da ločijo svetlobo z različnimi valovnimi dolžinami. Medtem ko nam palice omogočajo zaznavanje prisotnosti in jakosti svetlobe (in tako našim možganom omogočajo, da oblikujejo sliko sveta okoli nas), pa specifično zaznavanje različnih valovnih dolžin po neodvisnih kanalih daje našemu pogledu na svet dodatno visoko ločljivost. Na primer, rdeče in zelene barve so na črno-belih fotografijah videti skoraj enake odtenke sive.

Samo žival s črno-belim vidom ne bo mogla razlikovati med, recimo, zelenim in rdečim jabolkom in ne bo vedela, katera ima boljši okus, preden bo oba poskusila na podlagi barve. Evolucijski biologi verjamejo, da so človeški predniki razvili barvni vid, da bi olajšali prepoznavanje zrelih plodov, kar bi očitno prineslo prednost v konkurenčnem naravnem svetu.

Zakaj so določene valovne dolžine seznanjene z določenimi barvami, ostaja skrivnost. Tehnično je barva iluzija, ki jo ustvarijo naši možgani. Zato ni jasno, ali druge živali vidijo barve enako kot mi. Verjetno je, da zaradi skupne evolucijske zgodovine drugi vretenčarji vidijo svet obarvan podobno kot mi. Toda barvni vid je v ogromnem živalskem kraljestvu precej pogost: žuželke, pajki in glavonožci lahko ločijo barve.

Kakšne barve vidijo te živali?

Človeški barvni vid se opira na tri fotoreceptorje, ki zaznajo osnovne barve - rdečo, zeleno in modro. Vendar pa nekaterim primanjkuje rdečih fotoreceptorjev (so "bikromati") ali pa imajo dodaten fotoreceptor, ki zazna nekje med rdečo in zeleno barvo ("tetrahromati"). Očitno je, da samo 3 fotoreceptorji ne omejujejo naše sposobnosti razlikovanja drugih barv.

Vsak fotoreceptor lahko absorbira precej širok razpon valovnih dolžin svetlobe. Da bi razlikovali določeno barvo, možgani primerjajo in kvantitativno analizirajo podatke vseh treh fotoreceptorjev. In naši možgani to počnejo izjemno uspešno - nekatere raziskave kažejo, da lahko ločimo barve, ki ustrezajo valovnim razlikam le 1 nanometra.

Ta shema deluje na skoraj enak način pri večini višjih vretenčarjev, ki imajo barvni vid. Čeprav se sposobnost razlikovanja med določenimi odtenki med vrstami bistveno razlikuje, ljudje pa imamo eno najboljših barvnih lastnosti.

Vendar nevretenčarji, ki so razvili barvni vid (in vid na splošno) popolnoma neodvisno od nas, kažejo izjemno različne pristope k zaznavanju in obdelavi barv. Te živali imajo lahko izjemno veliko barvnih receptorjev. Na primer, kozica mantis ima 12 različnih vrst fotoreceptorjev. Navadni metulj bluebottle ima še več - 15 receptorjev.

Ali to pomeni, da lahko te živali vidijo dodatne barve, ki so nam nepredstavljive? Mogoče ja. Nekateri njihovi fotoreceptorji delujejo v precej ozkem območju svetlobnega spektra. Na primer, lahko imajo 4-5 fotoreceptorjev, občutljivih v zelenem območju vidnega spektra. To pomeni, da se lahko pri teh živalih različni odtenki zelene zdijo tako različni, kot se nam zdijo modre in rdeče barve! Še enkrat, evolucijske prednosti takšnih prilagoditev so očitne za živali, ki živijo med drevesi in travami, kjer je večina predmetov, kot jih vidimo, obarvanih v različne zelene odtenke.

Raziskovalci so poskušali preizkusiti, ali bolj zapleten nabor vizualnih receptorjev prinaša kakšne prednosti živalim, ko gre za razlikovanje med glavnimi barvami. Ugotovitve kažejo, da ni nujno tako, vsaj ne za kozico mantis. Kljub impresivni paleti receptorjev, ki zaznavajo svetlobo v veliko širšem delu elektromagnetnega spektra v primerjavi z ljudmi, je sposobnost kozic razlikovati med tako velikimi barvami v primerjavi z nami. Vendar barve hitro določijo. To je verjetno bolj pomembno za praktične namene, saj so kozice plenilci. Veliko število fotoreceptorjev omogoča njihovo hitro aktivacijo pri določenih valovnih dolžinah svetlobe in tako neposredno sporočajo možganom, kakšno valovno dolžino so zaznali. V primerjavi s tem moramo ljudje oceniti in količinsko opredeliti signale vseh treh fotoreceptorjev, da se lahko odločimo za določeno barvo. To zahteva več časa in energije.

Nekatere živali poleg tega, da uporabljajo različno število fotoreceptorjev za zaznavanje svetlobe določenih valovnih dolžin, lahko zaznajo svetlobo, ki je ljudje popolnoma ne vidimo. Na primer, številne ptice in žuželke vidijo v UV delu spektra. Čmrlji imajo na primer tri fotoreceptorje, ki absorbirajo v UV, modrem in zelenem območju spektra. Zaradi tega so trikromati, kot ljudje, vendar se spektralna občutljivost premakne na modri konec spektra. Sposobnost zaznavanja UV svetlobe pojasnjuje, zakaj imajo nekateri cvetovi vzorce, ki so vidni samo v tem delu spektra. Ti vzorci privabljajo žuželke, ki oprašujejo, ki imajo sposobnost videti v tej spektralni regiji.

Številne živali lahko zaznajo infrardečo svetlobo (sevanje z dolgo valovno dolžino), ki jo oddajajo ogrevani predmeti in telesa. Ta sposobnost bistveno olajša lov na kače, ki običajno iščejo majhen toplokrven plen. Njihovo gledanje prek receptorjev za zaznavanje IR je tako odlično orodje za počasne plazilce. Fotoreceptorji, občutljivi na IR-sevanje pri kačah, se nahajajo ne v njihovem očesu, temveč v "jamskih organih", ki se nahajajo med očmi in nosnicami. Rezultat je še vedno enak: kače lahko predmete obarvajo glede na njihovo površinsko temperaturo.

Kot kaže ta kratek članek, lahko ljudje vidimo in analiziramo le majhen del vizualnih informacij, ki so na voljo drugim bitjem. Ko boste naslednjič zagledali skromno muho, pomislite, kako različno zaznava iste stvari, ki jih gledata oba!

LITERATURA

Skorupski P, Chittka L (2010) Spektralna občutljivost fotoreceptorja pri čmrljih, Bombus impatiens (Hymenoptera: Apidae). PLOS ONE 5 (8): e12049. doi: 10.1371 / journal.pone.0012049

Thoen HH, How MJ, Chiou TH, Marshall J. (2014) Drugačna oblika barvnega vida pri kozicah mantis. Znanost 343 (6169): 411-3. doi: 10.1126 / znanost.1245824

Chen P-J, Awata H, Matsushita A, Yang E-C in Arikawa K (2016) Ekstremno spektralno bogastvo v očesu navadnega metulja Bluebottle, Graphium sarpedon. Spredaj. Ecol. Evol. 4:18. doi: 10.3389 / fevo.2016.00018

Arikawa, K., Iwanaga, T., Wakakuwa, M., in Kinoshita, M. (2017) Edinstven časovni izraz triplicated Opsins z dolgo valovno dolžino v razvoju metuljev oči. Meje v nevronskih vezjih, 11, 96. doi: 10.3389 / fncir.2017.00096

Ta gostujoči članek se je prvotno pojavil na večkrat nagrajenem spletnem dnevniku o zdravju in znanosti ter v temo skupnosti možganov BrainBlogger: Kako možgani zaznavajo barve?