Obecne w siatkówce oka pręciki rejestrują jedynie natężenie światła. Gdybyśmy byli zdani tylko na nie, widzielibyśmy świat w odcieniach szarości. Na widzenie barw pozwalają dopiero inne receptory: czopki. Są ich trzy rodzaje i każdy z nich rejestruje światło o innej barwie. Kombinacje dochodzących z nich sygnałów mózg przetwarza na kolory od czerwieni po fiolet. Dzięki temu ludzki układ wzrokowy, czyli oczy i mózg, potrafi odróżnić przeciętnie aż 10 milionów różnych kolorów i ich odcieni.
Jak tłumaczy prof. Tom Baden z University of Sussex, mechanizm, dzięki któremu w mózgu powstaje wrażenie koloru, jest dość złożony. U ludzi, przetwarzanie informacji odebranych przez fotoreceptory (czyli czopki i pręciki w siatkówce) odbywa się w bardzo wielu neuronach. Część sygnałów jest przetwarzana już w komórkach nerwowych w oku, część dopiero w korze wzrokowej w mózgu. Nie jest to mechanizm do końca poznany.
Inne ssaki poza ludźmi i małpami naczelnymi mają zwykle tylko dwa zestawy czopków, które pozwalają im oglądać świat w mniejszej liczbie odcieni. Te o nocnym trybie życia zazwyczaj w ogóle kolorów nie odróżniają. Ciekawe, że ssaki są wyjątkiem, bo większość kręgowców odróżnia kolory tak dobrze, jak ludzie. Również posiadają trzy zestawy różnych czopków.
Co innego ryby. Posiadają one aż cztery rodzaje czopków. Oprócz reagujących na czerwone, zielone i niebieskie światło, mają także rejestrujące nadfiolet. Nie oznacza to wcale jednak, że widzą więcej kolorów. Dlaczego?
Ryby nie widzą czerwieni. Ale za to widzą nadfiolet
Prof. Baden – we współpracy z naukowcami z Niemiec i USA – już rok temu odkrył, że u ryb czopki reagujące na długość fali odpowiadającej światłu czerwonemu nie odpowiadają wcale za rejestrowanie barw. Rejestrują jedynie natężenie światła. Działają w praktyce tak jak pręciki, a nie czopki. Ryby nie widzą przez to czerwieni.
Naukowcy odkryli przy tym, że ryby poradziły sobie z przetwarzaniem sygnałów wzrokowych znacznie prościej od nas. Zamiast przesyłać złożone sygnały do mózgów (znacznie mniejszych przecież niż ludzkie), przetwarzają je od razu na miejscu – w synapsach neuronów, czyli komórek nerwowych. Dzieje się to już w pierwszej warstwie tych komórek, na dnie oka.
Ta „rybia strategia” na przetwarzanie sygnałów wzrokowych jest prawdopodobnie dużo bliższa mechanizmowi widzenia barwnego u wszystkich kręgowców – poza ssakami.
Ssaki straciły jeden z rodzajów czopków. Widzą mniej barw, niż ludzie
Ssaki, swego czasu mocno zdominowane w środowisku przez dinozaury, znalazły własną niszę: noc. Nocny tryb życia nie wymagał dobrego odróżniania kolorów. Znacznie bardziej przydawało się widzenie w słabym oświetleniu, za co odpowiadają pręciki. Na rzecz większej ilości pręcików ssaki straciły jeden z rodzajów czopków.
Od myszy po słonie, ssaki nie mają więc możliwości odbioru czerwonych i pomarańczowych kolorów. Ich wzrok odróżnia jedynie odcienie niebieskiego, zieleni i żółci. Czerwona płachta działa na byka nie dlatego, że jest czerwona, lecz dlatego, ze matador nią porusza – równie dobrze mogłaby być szara lub brązowa.
Małpy naczelne i przodkowie ludzi „odzyskali” widzenie kolorów od czerwonego po żółty wskutek mutacji. Sprawiła ona, że część czopków odpowiedzialnych za widzenie odcieni zieleni stała się wrażliwa na czerwień. Przetwarzanie bardziej skomplikowanych sygnałów przejęły jednak mózgi, a nie komórki na dnie oka.
Widzenie barw zachodzi już na dnie oka. Ale nie u małp i ludzi
– Nasze badania dowodzą, że kręgowce inne niż ssaki, czyli ryby, płazy, gady i ptaki, rozwiązują problem widzenia barwnego już w pierwszych synapsach komórek nerwowych układu wzrokowego. Ludzie muszą przetwarzać sygnały w bardziej skomplikowany sposób, ze względu na ewolucyjną historię widzenia barwnego u ssaków – mówi prof. Baden.
Naukowiec dodaje, że także owady mają fotoreceptory pozwalające im na widzenie barwne. Również u nich proces przetwarzania sygnałów zachodzi już w komórkach nerwowych oka. Dzieje się tak pomimo tego, że widzenie barwne u owadów i kręgowców rozwinęło się w toku ewolucji niezależnie.
Mechanizm odróżniania niebieskiego od żółtego dzielimy z innymi kręgowcami
W nowej pracy, która ukazać ma się wkrótce w „Current Biology” naukowcy dowodzą, że przetwarzanie sygnałów wzrokowych u kręgowców (poza ssakami) zachodzi nie tylko w pierwszej, ale także w drugiej (licząc od dna oka) warstwie komórek nerwowych. Sygnały z pierwszej warstwy – która rejestruje sygnały pochodzące z dwóch rodzajów czopków odpowiadających za odcienie niebieskiego i zielonego – są tam porównywane z sygnałami o zarejestrowanym poziomie promieniowania ultrafioletowego.
Właśnie ta okoliczność, chociaż kręgowce te najpewniej nie widzą czerwieni, pozwala im na odróżnianie większej ilości barw niż sądzono. Widzą świat w odcieniach od żółtego po ultrafiolet – my od czerwieni po fiolet. Dzielimy jednak z nimi wspólny system odróżniania odcieni niebieskiego, zielonego i żółtego.
Obie prace są dowodem na to, że nasz system odróżniania barw niebieskich i żółtych jest ewolucyjnie bardzo stary. Odziedziczyliśmy go od pierwszych czworonogów, które oddzieliły się od ryb prawie 400 milionów lat temu. Nasze widzenie barw nie jest wcale tak nowe, jak przypuszczano.
Źródła: University of Sussex, Science Advances, Current Biology.