Vai krāsas ir tikai ilūzijas, kuras rada mūsu smadzenes?

Krāsu redze ir spēja atšķirt dažādus elektromagnētiskā starojuma viļņu garumus. Krāsu redze balstās uz smadzeņu uztveres mehānismu, kas izturas pret gaismu ar dažādu viļņu garumu kā dažādus vizuālos stimulus (piemēram, krāsas). Parastie krāsu nejutīgie fotoreceptori (stieņi cilvēka acīs) reaģē tikai uz gaismas klātbūtni vai neesamību un nenošķir specifiskos viļņu garumus.

Mēs varam apgalvot, ka krāsas nav reālas - tās mūsu smadzenes “sintezē”, lai atšķirtu gaismu ar dažādu viļņu garumu. Kamēr stieņi dod mums iespēju noteikt gaismas klātbūtni un intensitāti (un tādējādi ļauj mūsu smadzenēm veidot priekšstatu par apkārtējo pasauli), specifiska dažādu viļņu garumu noteikšana caur neatkarīgiem kanāliem dod mūsu skatījumam uz pasauli papildu augstu izšķirtspēju. Piemēram, sarkanā un zaļā krāsa melnā un baltā fotoattēlā izskatās gandrīz identisku pelēko nokrāsu tuvumā.

Dzīvnieks ar melnu un baltu redzi vien nespēs nošķirt, teiksim, zaļu un sarkanu ābolu, un nezinās, kurš garšo labāk, pirms izmēģināt abus, pamatojoties uz krāsu. Evolūcijas biologi uzskata, ka cilvēku senči attīstīja krāsu redzi, lai atvieglotu nogatavojušos augļu identificēšanu, kas acīmredzami sniegtu priekšrocības konkurences dabas pasaulē.

Kāpēc noteikti viļņu garumi ir savienoti ar noteiktām krāsām, paliek noslēpums. Tehniski krāsa ir ilūzija, ko rada mūsu smadzenes. Tāpēc nav skaidrs, vai citi dzīvnieki krāsas redz tāpat kā mēs. Visticamāk, pateicoties kopīgajai evolūcijas vēsturei, citi mugurkaulnieki redz pasauli iekrāsotu līdzīgi kā mēs. Bet krāsu redze ir diezgan izplatīta visā plašajā dzīvnieku valstībā: kukaiņi, zirnekļveidīgie un galvkāji spēj atšķirt krāsas.

Kādas krāsas redz šie dzīvnieki?

Cilvēka krāsu redze balstās uz trim fotoreceptoriem, kas nosaka primārās krāsas - sarkanu, zaļu un zilu. Tomēr dažiem cilvēkiem trūkst sarkano fotoreceptoru (tie ir “bihromāti”) vai viņiem ir papildu fotoreceptors, kas nosaka kaut kur starp sarkanu un zaļu krāsu (“tetrachromāti”). Acīmredzot tas, ka mums ir tikai 3 fotoreceptori, neierobežo mūsu iespējas atšķirt citas krāsas.

Katrs fotoreceptors var absorbēt diezgan plašu gaismas viļņu garumu diapazonu. Lai atšķirtu noteiktu krāsu, smadzenes salīdzina un kvantitatīvi analizē visu trīs fotoreceptoru datus. Un mūsu smadzenes to dara ļoti veiksmīgi - daži pētījumi norāda, ka mēs varam atšķirt krāsas, kas atbilst viļņu garuma atšķirībām tikai 1 nanometrs.

Šī shēma lielākoties darbojas vienādi lielākajā daļā augstāku mugurkaulnieku, kuriem ir krāsu redze. Kaut arī spēja atšķirt konkrētus toņus dažādās sugās ievērojami atšķiras, cilvēkiem ir viena no labākajām krāsu atšķirības spējām.

Bezmugurkaulnieki, kuriem krāsu redze (un redze kopumā) ir attīstījusies pilnīgi neatkarīgi no mums, parāda ievērojami atšķirīgu pieeju krāsu noteikšanai un apstrādei. Šiem dzīvniekiem var būt ārkārtīgi daudz krāsu receptoru. Dievmātes garnelēs, piemēram, ir 12 dažāda veida fotoreceptori. Parastajam zilās pudeles taurenim ir vēl vairāk - 15 receptori.

Vai tas nozīmē, ka šie dzīvnieki var redzēt papildu krāsas, kuras mums nav iedomājamas? Varbūt jā. Daži no viņu fotoreceptoriem darbojas diezgan šaurā gaismas spektra apgabalā. Piemēram, viņiem var būt 4-5 fotoreceptori, kas ir jutīgi redzes spektra zaļajā apgabalā. Tas nozīmē, ka šiem dzīvniekiem dažādi zaļie toņi var šķist tikpat atšķirīgi, cik zilas un sarkanas krāsas parādās mūsu acīs! Atkal šādu pielāgojumu evolūcijas priekšrocības ir acīmredzamas dzīvniekam, kurš dzīvo starp kokiem un zālēm, kur lielākā daļa priekšmetu, kā mēs tos redzam, ir iekrāsoti dažādos zaļos toņos.

Pētnieki mēģināja pārbaudīt, vai sarežģītāks vizuālo receptoru kopums dzīvniekiem sniedz kādas priekšrocības, kad jānošķir galvenās krāsas. Atzinumi liecina, ka tas ne vienmēr notiek, vismaz ne dievmātes garnelēm. Neskatoties uz iespaidīgo receptoru klāstu, kas, salīdzinot ar cilvēkiem, uztver gaismu daudz plašākā elektromagnētiskā spektra daļā, garneļu spēja atšķirt krāsas, kas ir ļoti lielas salīdzinājumā ar mums. Tomēr viņi ātri nosaka krāsas. Tas, iespējams, ir svarīgāk praktiskos nolūkos, jo mantis garneles ir plēsēji. Liels skaits fotoreceptoru ļauj tos ātri aktivizēt noteiktos gaismas viļņu garumos un tādējādi tieši sazināties ar smadzenēm, kāds konkrētais viļņa garums tika noteikts. Salīdzinājumam: cilvēkiem jāizvērtē un jānosaka visu trīs fotoreceptoru signāli, lai izlemtu par konkrētu krāsu. Tas prasa vairāk laika un enerģijas.

Papildus tam, ka daži dzīvnieki izmanto atšķirīgu skaitu fotoreceptoru, lai uztvertu noteikta viļņa garumu, daži dzīvnieki var atklāt gaismu, kuru mēs, cilvēki, pilnīgi neredzam. Piemēram, daudzi putni un kukaiņi var redzēt spektra UV daļā. Kamenēm, piemēram, ir trīs fotoreceptori, kas absorbējas UV, zilā un zaļā spektra apgabalos. Tas padara viņus par trihromātiem, piemēram, cilvēkiem, bet ar spektra jutību, kas novirzīta uz spektra zilo galu. Spēja noteikt UV gaismu izskaidro, kāpēc dažiem ziediem ir modeļi, kas redzami tikai šajā spektra daļā. Šie modeļi piesaista apputeksnējošos kukaiņus, kuri spēj redzēt šajā spektrālajā reģionā.

Daudzi dzīvnieki var noteikt infrasarkano gaismu (liela viļņa garuma starojumu), ko izstaro sakarsēti priekšmeti un ķermeņi. Šī spēja ievērojami atvieglo čūsku medības, kuras parasti meklē mazu siltasiņu laupījumu. To redzēšana caur infrasarkanajiem detektoriem ir lielisks līdzeklis lēnām pārvietojamiem rāpuļiem. Uz IR starojumu jutīgie fotoreceptori čūskās atrodas nevis viņu acīs, bet “bedru orgānos”, kas atrodas starp acīm un nāsīm. Rezultāts joprojām ir tāds pats: čūskas var krāsot priekšmetus atbilstoši to virsmas temperatūrai.

Kā parādīts šajā īsajā rakstā, mēs, cilvēki, varam redzēt un analizēt tikai nelielu daļu no vizuālās informācijas, kas pieejama citām radībām. Nākamreiz, kad redzēsiet pazemīgu mušu, padomājiet, cik atšķirīgi tā uztver tās pašas lietas, uz kurām abi skatāties!

ATSAUCES

Skorupski P, Chittka L (2010) fotoreceptoru spektrālā jutība kamenē, Bombus impatiens (Hymenoptera: Apidae). PLoS ONE 5 (8): e12049. doi: 10.1371 / journal.pone.0012049

Thoen HH, How MJ, Chiou TH, Marshall J. (2014) Atšķirīga krāsu redzes forma mantis garnelēs. Science 343 (6169): 411-3. doi: 10.1126 / zinātne.1245824

Chen P-J, Awata H, Matsushita A, Yang E-C un Arikawa K (2016) ārkārtēja spektra bagātība parastā zilā tauriņa acīs, Graphium sarpedon. Priekšpuse. Ecol. Evol. 4:18. doi: 10.3389 / fevo.2016.00018

Arikawa, K., Iwanaga, T., Wakakuwa, M., & Kinoshita, M. (2017) Trīskārtīgu gara viļņa garuma opīnu unikāla laika izteiksme tauriņu acu attīstībā. Robežas neironu ķēdēs, 11, 96. doi: 10.3389 / fncir.2017.00096

Šis viesu raksts sākotnēji tika parādīts godalgotajā veselības un zinātnes emuārā un smadzeņu tēmu kopienā BrainBlogger: Kā smadzenes uztver krāsas?