Видение: дополнительная информация

Видимый свет — свет, который мы можем видеть, — это крошечная часть электромагнитного спектра. Обычной мерой электромагнитного излучения является длина волны: расстояние между волнами. На одном конце спектра находятся очень длинные волны; Радиоволны могут иметь длину до 100 000 метров. На противоположном конце очень короткие волны; гамма-лучи имеют длину менее 10 пикометров (10-12 или 0,000000000001 метра).
Независимо от длины волны, электромагнитное излучение распространяется с постоянной скоростью, которую мы называем скоростью света. Более короткие волны несут больше энергии, поэтому они обладают большей силой. Вот почему радиоволны и микроволны безвредны, ультрафиолетовые лучи могут дать нам солнечный ожог, а гамма-лучи могут убить нас.

Видимый свет колеблется от 390 до 770 нанометров (1 нанометр равен 10-9 или 0,000000001 метра). Другие длины волн для нас невидимы.

Не важно. Помимо того факта, что мы можем его видеть, видимый свет не более особенный, чем любая другая часть электромагнитного спектра.
В типичной для нас эгоцентричной манере люди придумали термин «видимый свет», чтобы обозначить все длины волн электромагнитного спектра, которые мы можем видеть. Есть много других животных, которые могут видеть длины волн, невидимых для нас, — длины волн, которые длиннее (инфракрасное) и короче (ультрафиолетовое).
Люди развили способность обнаруживать длины волн света, которые являются наиболее информативными, помогая нам выживать и размножаться в нашей конкретной среде. Точно так же другие животные способны видеть длины волн света, которые наиболее полезны для них в окружающей их среде.

Для получения дополнительной информации о глазах других животных и о том, как развиваются глаза, посетите: Eye Evolution.

То, что может видеть животное, точно соответствует тому, что ему нужно, чтобы преуспеть в окружающей среде. Пчелы могут обнаружить узоры на цветах в ультрафиолетовом диапазоне, невидимые для нас. У некоторых змей есть ямочные органы, которые могут обнаруживать тепло тела своей добычи в инфракрасном диапазоне.

Светочувствительные сенсорные клетки называются фоторецепторами. Фоторецепторные клетки бывают разных форм, размеров и конфигураций, но все они имеют нечто общее: они заполнены светочувствительными белками, называемыми опсинами (OP-sinz).
Когда фотон (наименьшая обнаруживаемая единица света) сталкивается с молекулой опсина, белок поглощает его энергию и временно меняет форму. Это первый шаг в сигнальной цепи, которая в конечном итоге достигает мозга (или, у некоторых других животных, более простого центра управления).
Существует много типов белков опсинов. Каждый тип имеет немного отличающуюся форму и структуру, что делает его чувствительным к свету в определенном диапазоне длин волн.

Свет сам по себе не имеет цвета. То, что мы называем «цветом», является субъективным ощущением, которое возникает из-за способности глаза определять разницу между различными длинами волн света. Поэтому, хотя у нас нет возможности узнать, видит ли конкретное животное или даже другой человек цвет так же, как мы, мы знаем, что многие из них способны различать длины волн.
Как работают фоторецепторы, чувствительность во всем диапазоне имеет форму колоколообразной кривой. Если у животного есть только один тип фоторецепторов, оно не может различать цвета. Например, на верхнем изображении зеленый свет будет выглядеть ярче синего, но глаз этого животного не может определить разницу между длинами волн.
Для того чтобы видеть цвет, животному необходимы как минимум два типа фоторецепторов, чувствительных к разным длинам волн света (среднее изображение). Именно относительная активация обоих типов фоторецепторов дает информацию о длине волны.
Чем больше типов фоторецепторов у животного, тем больше длин волн оно может различать. На среднем изображении, например, желтый и красный имеют одинаковую схему активации, поэтому животное не сможет их отличить. Но на нижнем изображении узоры другие, поэтому они будут восприниматься иначе.

Каждая кривая представляет профиль активации фоторецептора в диапазоне длин волн. Круги показывают уровни активации для определенных «цветов» (длин волн) света. Чем больше у животного типов фоторецепторов, чувствительных к разным длинам волн, тем больше «цветов» оно может воспринимать. Диапазоны фоторецепторов выше являются гипотетическими, но они похожи на наутилус (вверху), кошку или собаку (в центре) и человека (внизу).

1. У людей есть четыре типа фоторецепторов: палочки и три типа колбочек. Палочки чувствительны к низким уровням света, но не дают информации о цвете. Колбочки позволяют нам воспринимать цвет. Каждый из трех типов колбочек заполнен немного отличающимися белками опсинами, которые чувствительны к разным длинам волн света. Чтобы воспринимать цвет, мозг интерпретирует относительную активность каждого типа колбочек.

2. У птиц и рептилий есть фоторецепторы со встроенными фильтрами. Цветные пигменты, взвешенные в каплях масла внутри фоторецепторов, помогают точно настроить каждый тип на различную длину волны света. Сетчатка черепахи выше показана неокрашенной и имеет свой естественный цвет. Он имеет пять типов колбочек (плюс стержни), в том числе один тип для определения быстрого движения. (Изображение предоставлено доктором Джозефом Корбо, Медицинская школа Вашингтонского университета)

3. Пауки-прыгуны имеют только один тип фоторецепторов, но многослойное расположение их сетчатки дает им цветовое зрение. Из-за свойств света и линз разные длины волн света фокусируются на разных слоях сетчатки — одни длины волн фокусируются на поверхностном слое, а другие — на более глубоких слоях. Такое расположение позволяет прыгающим паукам различать столько цветов, сколько мы можем.

4. Медоносные пчелы не только могут обнаруживать ультрафиолетовый свет, у них также есть фоторецепторы, которые специализируются на обнаружении поляризованного света — световых волн, ориентированных в определенном направлении. Эта способность помогает им ориентироваться в зависимости от их положения относительно солнца.

5. Креветка-богомол использует все эти приемы и многое другое. У них есть от 12 до 16 типов фоторецепторов, что позволяет им быстро воспринимать различные длины волн света без необходимости их интерпретации мозгом. Наряду с наличием нескольких типов светочувствительных белков опсинов, некоторые из их фоторецепторов используют фильтры для обнаружения различных длин волн света в ультрафиолетовом диапазоне, а некоторые используют наслоение для точной настройки своей чувствительности. Некоторые виды креветок-богомолов могут даже обнаруживать свет с линейной и круговой поляризацией — этот трюк помогает им видеть свою добычу, которая для нас выглядит совершенно прозрачной.

У людей и других млекопитающих чувствительность фоторецептора к длине волны определяется в основном типом белка опсина, которым он обладает. Но глаза некоторых животных обладают физическими свойствами, которые позволяют им различать свет и цвет другими способами. У многих животных есть инновации, которые позволяют им видеть то, что мы не можем.