Подивимось: що бачимо ми, і що бачать тварини

що бачать тварини Цікаві факти

Вважається, що 90 відсотків інформації людина отримує завдяки зору. Якщо це так, то очі інших тварин сприймають і 150, і всі 200 відсотків інформації. У порівнянні з нашими, звичайно.

Людське око під час ембріонального розвитку як би вивертається навиворіт. Так що первинна лицьова сторона сітківки звернена від зіниці в зворотну сторону, і світло, перш ніж потрапити в фоторецептори, долає товщу інших клітин. А прямо крізь сітківку проходить нерв, утворюючи сліпу пляму. Через нього предмети, що знаходяться прямо перед очима, раптом виявляються невидимими. Ми бачимо світ у кольорі, і наше сприйняття кольорів називається трихроматичним: від грецького “три” та “хрому” (колір).

Якщо ж порівняти його з барвистими відчуттями багатьох тварин, то наш хроматизм, скоріше, походить від слова «кульгати». Так уже сталося, що наші далекі предки — перші плацентарні ссавці — жили буквально в тіні динозаврів. Вони, напевно, воліли взагалі не виходити на світ, поки чергував денний дозор жахливих хижаків. Дрібним нічним звіркам всі барви світу були ні до чого. Ось і загубили вони половину колірних рецепторів — колбочок, якими володіли їх рептиліеподобні прабатьки. Кити та тюлені, які освоїли водну стихію, а також нічні примати повністю позбулися колірного сприйняття — їх світ став монохроматичним, чорно-білим.

Як бачить кінь
Як бачить кінь – Цифрова візуалізація внизу праворуч

Важко бути конем. Подібно більшості плацентарних ссавців, кінь не розрізняє червоний колір, і гострота зору у неї рази у два гірше, ніж у людини. Але завдяки великим очам (вгорі: 3,4 сантиметра в діаметрі проти 2,4 у людини), розташованим з боків голови, і витягнутій зіниці панорамний огляд у коня становить 300 градусів (у людини – 190), і вночі вона бачить набагато краще нас.

Кольоровий зір — це не що інше, як здатність розрізняти хвильові спектри світла. Більшість плацентарних ссавців залишилися дихроматиками: у них відсутні колбочки, сприйнятливі до довгохвильової частини спектра, тобто до червоного кольору. Їм все здається або ультрафіолетово-зеленим (гризуни), або синьо-зеленим (коні, корови, Кішки, собаки). Як дальтонікам. Так називають людей, для яких червоний і зелений виглядають однаково, а відтінків зовсім не існує. Замість, скажімо, жовто-зеленого вони бачать білий, сірий або просто жовтий. Багатьом цей дефект не заважає, і, поки в дитячих садах і школах не ввели обов’язкову перевірку колірного сприйняття, людина могла прожити все життя, навіть не здогадуючись про те, що він не такий, як усі.

Першим природу цього явища спробував зрозуміти в кінці XVIII століття англійський хімік Джон Дальтон. Він помітив у себе і свого брата незвичайні відчуття фарб: квітка пеларгонії, який при денному світлі здавався небесно-блакитним, при свічках ставав майже жовтим. (Насправді пеларгонія була рожевою.) Дальтон вирішив, що володіє синім фільтром, і заповів свої очі для досліджень. Після смерті вченого в 1844 році його лікар Джозеф Ренсам провів розтин і не виявив ні в склоподібному тілі, ні в рогівці або кришталику рішуче нічого незвичайного. Лише через 150 років залишки очей Дальтона вивчили молекулярні біологи. Вони й виявили відсутність гена, який кодує опсин, що сприймає зелену частину спектра. Опсин — це білкова частина пігменту; іншою частиною є хромофор — похідне вітаміну А. Хромофор змінює свою структуру під дією світла, а опсин вловлює цей хімічний сигнал і передає його далі — в зоровий нерв мозку.

Дальтонізмом в середньому страждають 2 відсотки людей. Хвороба ця — спадкова і пов’язана з неполадками в Х-хромосомі, де гени, що кодують два різних опсину, розташовані впритул один до одного. Серед чоловіків, що мають всього одну таку хромосому, дихроматиків більше — до 8 відсотків. Ті ж самі генетичні закономірності спостерігаються у наших найближчих родичів — інших приматів Старого Світу. А ось у деяких видів південноамериканських мавп взагалі все самці дальтоніки.

З ссавців тільки примати 35-40 мільйонів років тому повернули собі трихроматичний зір. Стимулом до новонабуття кольорового зору став спосіб життя, пов’язаний з кронами дерев в пошуках плодів. Адже незрілі зелені фрукти не тільки не дуже смачні, але нерідко й отруйні, на відміну від дозрілих, соковитих і солодких, червоних і яскраво-жовтих плодів. А точність стрибків з гілки на гілку неможлива без розвиненого мозку, який грає важливу роль в обробці зорових сигналів і, значить, в правильному сприйнятті кольору. На хіміко-генетичному рівні все вирішилося досить просто — завдяки виникненню двох різних генів на основі одного, що відповідає за синтез опсину колбочок, який сприймає середні (зелені) хвилі. «Замістити одні амінокислоти іншими всього на трьох з 348 ділянок молекули опсина, і колірне сприйняття зрушиться на 30 нанометрів, — розповідає нейробіолог Джералд Джекобс з Каліфорнійського університету (Санта-Барбара). – Цього цілком достатньо, щоб побачити додатковий спектр: різниця між червоним і зеленим спектральними піками якраз становить 30 нанометрів».

Птахи бачать червоно-зелений і ультрафіолетово-зеленувато-червоний відтінки, які ми і уявити не в змозі.

Наскільки швидко може поширитися подібна генетична зміна? Дуже швидко. Як вже було сказано, на 100 осіб в середньому припадає два дальтоніка, а на атолі Пінгелап в Мікронезії червоний колір не розрізняють 75 осіб з 700 його мешканців. Там після тайфуну 1775 року вижило всього 20 осіб. Один з них виявився дальтоніком, але дуже плідним…

Повернемося до часу появи ссавців. Якщо на початку еволюції вони втратили половину своїх колірних рецепторів і залишилися з двома типами колбочок, то, значить, їх предки володіли тетрахроматичним зором? Це насправді так. Практично у всіх інших хребетних-риб, земноводних, плазунів і птахів — колірне сприйняття багатше нашого. Ми звикли вважати основними кольорами червоний, зелений і синій; інша сотня відтінків — їх похідні. Цю колірну шкалу створили наші світлочутливі пігменти. Вони найбільш сприйнятливі до світлових хвиль з піками близько 560 (червоний), 530 (зелений) і 420 (синій) нанометрів. А, скажімо, Птахи бачать ще й ультрафіолетовий (370-390 нанометрів). У багатоколірності  та ультрафіолетовому сяйві перед ними постають партнери, плоди та квіти, що здаються нам одноколірними. Вони бачать червоно-зелений і ультрафіолетово-зеленувато-червоний відтінки, які ми і уявити не в змозі. Крім того, в очах у пернатих, а також у плазунів є колірні фільтри — пофарбовані масляні краплі. Ці фільтри звужують області спектра, сприймаються кожним пігментом, і тим самим примножують кількість видимих кольорів. Птах ніколи не переплутає оранжево-жовту гусеницю з жовтувато-помаранчевої.

Вчені за останнє десятиліття зробили переворот в нашому уявленні про здібності комах. Виявилося, що бджоли можуть запам’ятовувати і розпізнавати обличчя людей!

Не тільки птахи можуть похвалитися сприйняттям ультрафіолетового кольору. У бджіл цю здатність виявили ще в XIX столітті, а знаменитий етолог Карл фон Фріш в 1914 році придумав, як за допомогою кольорових і сірих (різного відтінку) паперових квадратиків дізнатися, скільки квітів бачать ці Перетинчастокрилі. Правда, Фрішу не вдалося визначити, як бджоли насправді сприймають червоний або жовтий. “Сьогодні ми можемо взяти бджолу, вживити в її 5-мікронний фоторецептор мікроелектрод, потім направити в око промінь світла того чи іншого спектру і виміряти різницю потенціалів, яка при цьому виникає в клітці», — розповідає зоопсихолог Ларс Читтка з Лондонського університету. Разом зі своїми колегами за останнє десятиліття він здійснив переворот у нашому уявленні про здібності комах. Виявилося, що бджоли можуть запам’ятовувати і розпізнавати обличчя людей!

Для цього знадобилися все ті ж квадратики фон Фріша, тільки замість фарб на них були нанесені фотопортрети людей. Вже з третьої спроби більшість бджіл безпомилково вибирали ту фізіономію, яка в попередніх дослідах була намазана медом, замість тієї, яку покривали гірким хініном. Утруднення викликали лише перевернуті портрети. (Схоже, Вінні-Пуху, щоб обдурити бджіл, потрібно було не хмаринкою прикидатися, а повиснути на повітряній кульці догори ногами.) Але і люди справляються з таким завданням не краще. Значить, щоб розпізнавати обличчя, необов’язково мати особливі відділи мозку, як припускають нейропсихологи? Навіть крихітні мізки на багато здатні. Адже бджоли, які думали довше, точніше здійснювали вибір. Коли перед бджолами, виведеними в штучних умовах і ніколи не бачили справжніх квітів, Ларс Чіттка і художник-інсталятор Джуліан Уолкер виклали репродукції картин Вінсента Ван Гога, Поля Гогена, Фернана Леже і Патріка Колфілда, більшість комах вибрало вангогівські «Соняшники». Мистецтвознавці вже було заговорили про те, що навіть бджоли можуть відрізнити справжніх художників, але експериментатори остудили їх запал: бджіл насамперед зацікавили контрастні поєднання фарб і найбільш привабливі для них кольору.

Як бачить бджола
Як бачить бджола — Цифрова візуалізація (внизу ліворуч)

Небо в клітинку. Більшість членистоногих, включаючи бджіл, мають складні, або фасеточні, очі (вгорі). Кінцеве зображення в такому оці нагадує сферичну мозаїку (внизу праворуч). Майже всі бджоли не сприймають червоний колір, але бачать ультрафіолетовий.

Колірна шкала бджіл складається з ультрафіолетового, синього і зеленого спектрів (340, 440 і 530 нанометрів, відповідно). Світ ці комахи бачать приблизно таким: пурпурний мак, в пелюстках якого присутній майже невидимий для нас синій відтінок, для них постає в ультрафіолетовому кольорі; бузковий дзвіночок — ультрафіолетово-синім; темно-рожевий Іван-чай — синім; блідо-рожева шипшина і біла конюшина — синювато-зеленими; світло-жовта чину лугова — зеленою; а темно-жовтий ріпак — зеленувато-ультрафіолетовим. Звичайно, все це наші уявлення про “бджолині” кольори. Побачити світ в справжніх бджолиних фарбах нам заважає кришталик, що не пропускає ультрафіолетові промені.

Втім… у 1923 році французькому художнику Клоду Моне видалили разом з катарактою кришталик правого ока, і він міг розрізняти цим оком ультрафіолет. Серед його картин наступних років є парні пейзажі, дуже відрізняються один від одного поєднанням фарб. Мистецтвознавці вважають, що він писав їх при різному освітленні. А може, прикриваючи по черзі то одне око, то інше?.. З земляними джмелями на острові Сардинія трапилася приблизно така ж історія, як з мікронезійцями атолу Пінгелап. Правда, дальтоніками вони не стали, а, навпаки, знайшли здатність бачити червоний колір. І стали сприймати світ в чотирьох спектрах — як багато хто з метеликів, жуків, бабок і мух.

У метеликів зустрічаються і складніші випадки кольорового зору — до п’яти спектрів, а в очах присутні додаткові пігменти-світлофільтри. Точність у виборі потрібного відтінку лускокрилим необхідна, щоб виявити найсвіжіше та молоде листя для відкладання яєць, з яких вилупляться ненажерливі гусениці. По крилах метелика іноді можна зрозуміти, які кольори вона бачить: забарвлення крил визначається тими ж пігментами, які сприймають кольору в її очах. Буває, що додаткові очі виникають на пенісі, і вони — бачать. А якщо крильця самців і самок помітно відрізняються — як, наприклад, у метеликів-голубянок, то тому, що чоловічі та жіночі особини дивляться на світ різними очима. Втім, у деяких птахів колір по-різному сприймає навіть правий і ліве око. Тепер, коли стало ясно, що чим яскравіше виглядають тварини, тим яскравіше їх сприйняття світу, досить подивитися навколо, щоб помітити яскраву розмальовку оперення птахів, крилець комах, шкурок ящірок і жаб. Їм можна тільки позаздрити. Квіткові рослини, підлаштовуючись під бачення своїх запилювачів і розносників насіння, теж уподібнилися веселці, причому не семикольоровою, а невидимою для нас набагато більш барвистою.

Довгий час вважалося, що осінні фарби лісу — лише наслідок руйнування зеленого пігменту хлорофілу в відмираючих листках. Тоді й проступають спершу приховані жовті каротиноїди. Але червоні антоціаніни починають вироблятися деревами саме восени. “Антоціаніни виділяються одночасно з фенолами, небезпечними для листоїдних комах, таких як попелиці”, — розповідає про свої дослідження ентомолог Марко Аркетті з Базельського університету. – “А оскільки попелиці здатні відрізнити червоний колір від зеленого, хоча, мабуть, не мають спеціальних фоторецепторів, вони намагаються уникнути червоного листя, і дерево звільняється від непрошених гостей».

Риби, особливо мешканці мілководдя, різноманітністю забарвлень можуть потягатися з птахами і метеликами — і вони розрізняють багато квітів. Для цихлид, що живуть у великих африканських озерах, різниця в колірному сприйнятті навіть стала основою для подальшої еволюції: в озері Вікторія бурхливо плодяться види з червоною лускою, а в Ньяса — з синьою і фіолетовою.

У цихлид зір, до речі, гексахроматичний: їх очі розрізняють ультрафіолетовий, фіолетовий, синій, синьо-зелений, зелений і червоний спектри. Останній, Довгохвильовий, краще за інших поширюється в каламутних водах озера Вікторія, тому там і переважають червоні риби. А в основі змін забарвлення, звичайно, лежать генетичні перебудови, в першу чергу стосуються генів, що кодують опсини. Шість спектральних типів світлочутливих клітин-далеко не межа: у Раків-богомолів їх 16, і 10 або 12 з них використовуються для колірного сприйняття! Можна тільки позаздрити, але, на жаль, навіть приблизно нам не дізнатися, що бачить це членистоноге.

І навіщо йому все це бачити? У море довгохвильова (червона) частина спектра поглинається в межах десятка метрів, потім настає черга середніх (зелених) хвиль, а глибше всіх проникають короткі (сині). Саме тому мілководдя нам здається бірюзовим, а відкрите море – синім. Спектральна відмінність між верхніми і нижніми шарами води могла стимулювати появу принаймні двох різних фотопігментів.

Але для чого рибам і іншим морським мешканцям розрізняти червоний колір? Багато мешканців океану воліють саме його, оскільки самі флюоресцируют – випускають червоне світіння. У настільки улюбленому нирцями Червоному морі на це здатні Морські голки, собачки, губани, бички, а також деякі водорості, губки, корали і офіури. Блакитна стихія, якщо поглянути на неї очима риб, дійсно виявляється червоною. Навіть в багатокілометрових глибинах, куди не проникає жоден сонячний фотон, риби не поспішають розлучатися з кольоровим зором. За червоним і помаранчевим сигнальним спалахам риби-дракони (стомії) знаходять своїх партнерів на відстані в кілька метрів. Далі, на жаль, не вийде.

Одна з подібних риб-малакост – для сприйняття червоного світла пристосувала зелений пігмент рослин хлорофіл, який входить до складу світлочутливих клітин. Хлорофіл малакост отримує разом з їжею – веслоногими рачками, а вони, в свою чергу, харчуються одноклітинними водоростями. Щоб при цьому не потрапити в зуби хижакові, риби випускають контрвспишки, що спотворюють контур тіла. А саме дно океану часом нагадує неспляче нічне місто: пропливаючий ромбовий скат частими помахами плавників колише зарості бамбукових коралів, і ті палахкотять рекламним неоном, серед якого блимають «габаритні» вогні офіур, морських павуків і морських лілій. Гігантські кальмари своїми гігантськими (27 сантиметрів в діаметрі, навіть у синього кита – в 2,5 рази менше) очима на 600-метровій глибині здатні розглянути кашалота за 120 метрів. Тому що, пірнаючи крізь хмари планктону, цей зубастий кит викликає світіння мікроорганізмів. Втекти кальмар вже не встигне, але зможе зустріти ворога у всеозброєнні.

Як зрозуміти, що видно, скажімо, на глибині 400 метрів? Дуже просто: прогулятися місячної ночі по лісі. Освітленість в такому лісі в 100 мільйонів разів нижче, ніж у відкритому полі в безхмарний сонячний день. У безмісячну, але зоряну ніч-ще в 100 разів нижче, як на глибині 600-700 метрів. Ми при цьому в кращому випадку розрізняємо неясні контури найближчих предметів-і ніяких кольорів. А швидкокрилі метелики бражники, які вилітають пити нектар в сутінках, і ящірки гекони, які полюють ночами, орієнтуються на колір.

«У настільки різних приладів кольорового нічного бачення, якими є фасеточні очі бражника і камерні очі гекона, є одна схожість, – пояснює нейробіолог Альмут Кельбер з Університету Лунда. – І ті, і інші мають особливу клітинну вистилку дзеркального типу позаду сітківки. Це дзеркальце відбиває світло, втрачене фоторецепторами, і направляє його назад прямо в ці клітини”. Тому очі бражників виблискують в темряві, якщо на метелика направити промінь ліхтарика. Очі кішки теж горять. І в них є така ж вистилка. Крім того, вловлювати незримий нічне світло їй допомагають щелевидний зіницю і близьке розташування сітківки до кришталика. Але кольору в темряві кішка не розрізняє.

(угорі). Цифрова візуалізація на основі фотографії  (внизу)
Як кішка в темряві. Вузький зіницю (вгорі) кішці потрібен, щоб частинки світла – фотони, відбившись від вистилки очного дна, не полетіли назад в простір. Саме форма зіниці і очного яблука, а також світловідбиваюча вистилка допомагають кішці добре бачити предмети в темряві (внизу).
Всім цим можливості очей не вичерпуються. Так, поблизу глибоководних “чорних курців”, вивергають 350-градусні гейзери, вирує і життя. Тут мешкають численні креветки і краби. Щоб не заблукати в холодній мляві, з усіх боків навколишнього теплі оазиси, вони пристосувалися бачити інфрачервоне випромінювання (700-1000 нанометрів), що виходить від гарячих розчинів. Але не тільки: зоологи виявили в очах цих ракоподібних пігменти, сприйнятливі до зеленого світла. На таку глибину світлові хвилі середньої довжини не проникають. Значить, джерело зеленого світіння потрібно шукати в»курцях”. Геофізики його відкрили: міріади бульбашок газу, що виділяються при виверженні «чорних курців», вибухають і випромінюють зелене світло. Це явище називається Сонолюмінесценція. На суші інфрачервоне світло бачать пітони і гримучі, або ямкоголові, змії. На голові у такої змії є пара ямок, які влаштовані майже так само, як справжні очі хребетних: не вистачає лише кришталика. Це свого роду тепловізор: тепло, що виходить від тіла, наприклад, миші, потрапляє в ямку і збуджує чутливі клітини, здатні розрізняти різницю температур в тисячну частку градуса Кельвіна.

Мозок обробляє отриману інформацію, зіставляє її з тією, що надійшла через звичайні очі, і складає в досить зрозуміле зображення миші. Промені світла розрізняються не тільки по спектру: проходячи крізь атмосферу, відбиваючись від гладкої водної поверхні або глянцевого листя, вони поляризуються. Якщо в звичайному пучку світла електромагнітні хвилі коливаються в будь-яких площинах поля, перпендикулярних його поширенню, то в поляризованому більшість хвиль коливається в одній площині. І багато комах і птахів пристосувалися бачити поляризоване світло, щоб знаходити його джерело: вдень — сонце, вночі — місяць. Звичайно, в ясну погоду такої необхідності немає, але коли все небо затягнуте хмарами, визначити, де зараз знаходиться світило, непросто.

 

Оцініть статтю
Мандри-клуб
Додати коментар