Kas värvid on ainult illusioonid, mida meie aju loob?

Värvinägemine on võime eristada elektromagnetkiirguse erinevaid lainepikkusi. Värvinägemine tugineb aju tajumismehhanismile, mis käsitleb erineva lainepikkusega valgust erinevate visuaalsete stiimulitena (nt värvid). Tavapärased värvitundetud fotoretseptorid (inimese silmis olevad vardad) reageerivad ainult valguse olemasolule või puudumisele ega tee vahet konkreetsete lainepikkuste vahel.

Võime väita, et värvid pole reaalsed - meie aju neid sünteesib, et eristada erineva lainepikkusega valgust. Kui vardad annavad meile võimaluse tuvastada valguse olemasolu ja intensiivsust (ja võimaldavad seega meie ajul konstrueerida pilti ümbritsevast maailmast), annab erinevate lainepikkuste spetsiifiline tuvastamine sõltumatute kanalite kaudu meie maailmavaatele täiendava kõrge eraldusvõime. Näiteks näevad punased ja rohelised värvid mustvalgetel fotodel välja nagu ühesugused hallid toonid.

Ainuüksi mustvalge nägemisega loom ei suuda vahet teha, ütleme, rohelise ja punase õuna vahel ega tea enne kumbagi värvi järgi proovimist, milline neist paremini maitseb. Evolutsioonibioloogid usuvad, et inimese esivanemad arendasid küpsete viljade tuvastamise hõlbustamiseks värvinägemist, mis annaks ilmselgelt eelise konkurentsivõimelises loodusmaailmas.

Miks teatud lainepikkused on ühendatud teatud värvidega, jääb saladuseks. Tehniliselt on värv meie aju loodud illusioon. Seetõttu pole selge, kas teised loomad näevad värve samamoodi nagu meie. Tõenäoliselt näevad jagatud evolutsiooniajaloo tõttu teised selgroogsed maailma värvituna sarnaselt meie nägemusega. Kuid värvinägemine on kogu loomariigis üsna tavaline: putukad, ämblikulaadsed ja peajalgsed on võimelised värve eristama.

Milliseid värve need loomad näevad?

Inimese värvinägemine tugineb kolmele fotoretseptorile, mis tuvastavad põhivärvid - punase, rohelise ja sinise. Mõnel inimesel puuduvad punased fotoretseptorid (nad on “bikromaadid”) või neil on täiendav fotoretseptor, mis tuvastab kusagil punase ja rohelise värvi vahel (“tetrakromaadid”). Ilmselt ei piira ainult kolme fotoretseptori olemasolu meie võimet eristada teisi värve.

Iga fotoretseptor suudab neelata üsna laia valguse lainepikkuste vahemikku. Konkreetse värvi eristamiseks võrdleb aju ja analüüsib kvantitatiivselt kõigi kolme fotoretseptori andmeid. Ja meie aju teeb seda märkimisväärselt edukalt - mõned uuringud näitavad, et me saame eristada värve, mis vastavad lainepikkuse erinevustele vaid 1 nanomeetril.

See skeem toimib enamikul samamoodi enamikul värvinägemisega kõrgematel selgroogsetel loomadel. Kuigi spetsiifiliste varjundite eristamise võime erineb liigiti märkimisväärselt, inimestel on üks parimaid värvi eristamise võimeid.

Selgrootud, kellel on värvinägemine (ja nägemine üldiselt), arenenud meist täiesti sõltumatult, demonstreerivad värvide tuvastamisel ja töötlemisel märkimisväärselt erinevaid lähenemisviise. Nendel loomadel võib olla erakordselt palju värviretseptoreid. Näiteks krantsidel on 12 erinevat tüüpi fotoretseptoreid. Harilikul sinipudeliblikal on veelgi rohkem - 15 retseptorit.

Kas see tähendab, et need loomad näevad meie jaoks mõeldamatuid lisavärve? Ehk jah. Mõned nende fotoretseptorid töötavad üsna kitsas valgusspektri piirkonnas. Näiteks võib neil olla 4-5 fotoretseptorit, mis on visuaalse spektri rohelises piirkonnas tundlikud. See tähendab, et nende loomade jaoks võivad rohelise erinevad toonid tunduda nii erinevad kui sinised ja punased värvid meie silmadesse paistavad! Jällegi on selliste kohastumiste evolutsioonilised eelised ilmsed puude ja rohttaimede vahel elava looma jaoks, kus enamik esemeid, nagu me neid näeme, on värvitud rohelise varjundiga.

Teadlased proovisid testida, kas keerulisem visuaalsete retseptorite komplekt pakub loomadele eeliseid põhivärvide eristamisel. Tulemused näitavad, et see pole tingimata nii, vähemalt mitte mantis krevettide puhul. Hoolimata muljetavaldavast retseptorite hulgast, mis tuvastavad inimestega võrreldes valguse elektromagnetilise spektri palju laiemas osas, on krevettide võime eristada värve, mis on võrreldavad meiega. Kuid nad määravad värvid kiiresti. See on ilmselt olulisem praktilistel eesmärkidel, kuna mantis krevetid on kiskjad. Suur hulk fotoretseptoreid võimaldab nende kiiret aktiveerimist teatud valguse lainepikkustel ja seeläbi otse aju teada, milline konkreetne lainepikkus tuvastati. Võrdluseks: inimesed peavad konkreetse värvi üle otsustamiseks hindama ja kvantifitseerima kõigi kolme fotoretseptori signaale. See nõuab rohkem aega ja energiat.

Lisaks sellele, et teatud loomade lainepikkuste valguse tajumiseks kasutatakse erinevat arvu fotoretseptoreid, suudavad mõned loomad tuvastada valgust, mida meie, inimesed, ei näe täielikult. Näiteks võivad paljud linnud ja putukad näha spektri UV-osa. Kimalastel on näiteks kolm fotoretseptorit, mis neelduvad spektri UV, sinises ja rohelises piirkonnas. See muudab nad trikromaatideks nagu inimesed, kuid spektri tundlikkus on nihutatud spektri sinisesse otsa. UV-valguse tuvastamise võime selgitab, miks mõnel lillel on mustrid nähtavad ainult selles spektriosas. Need mustrid meelitavad tolmeldavaid putukaid, kellel on võime selles spektripiirkonnas näha.

Paljud loomad suudavad tuvastada kuumutatud esemete ja kehade kiiratavat infrapunavalgust (pika lainepikkusega kiirgust). See võime hõlbustab oluliselt madude jahti, kes tavaliselt otsivad väikest soojaverelist saaki. Nende nägemine infrapuna tuvastavate retseptorite kaudu on seega suurepärane vahend aeglaselt liikuvate roomajate jaoks. Madude infrapunakiirguse suhtes tundlikud fotoretseptorid ei asu nende silmas, vaid silmade ja ninasõõrmete vahel paiknevates aukude elundites. Tulemus on endiselt sama: maod saavad objekte värvida vastavalt nende pinnatemperatuurile.

Nagu see lühike artikkel näitab, näeme meie, inimesed, ainult väikest osa visuaalsest teabest, mis on teistele olenditele kättesaadav. Järgmine kord, kui näete tagasihoidlikku kärbest, mõelge, kui erinevalt tajub samu asju, mida te mõlemad vaatate!

VIITED

Skorupski P, Chittka L (2010) fotoretseptori spektraalne tundlikkus kimalasel, Bombus impatiens (Hymenoptera: Apidae). PLoS ONE 5 (8): e12049. doi: 10.1371 / journal.pone.0012049

Thoen HH, How MJ, Chiou TH, Marshall J. (2014) Värvinägemise erinev vorm mantis krevettides. Science 343 (6169): 411-3. doi: 10.1126 / teadus.1245824

Chen P-J, Awata H, Matsushita A, Yang E-C ja Arikawa K (2016) äärmine spektraalne rikkus tavalise sinililleliblika silmas, Graphium sarpedon. Esiosa. Ecol. Evol. 4:18. doi: 10.3389 / fevo.2016.00018

Arikawa, K., Iwanaga, T., Wakakuwa, M., & Kinoshita, M. (2017) Kolmekordsete pika lainepikkusega opsiinide ainulaadne ajaline väljendus liblikasilmade arendamisel. Piirid närviahelates, 11, 96. doi: 10.3389 / fncir.2017.00096

See külalisartikkel ilmus algselt auhinnatud tervise- ja teadusblogi ning ajuteemalises kogukonnas BrainBlogger: kuidas aju värve tajub?