Нашим глазам пришлось пойти на жертвы, чтобы помочь нам выжить
Большая часть млекопитающих полагается на обоняние больше, чем на зрение. Посмотрите на собачьи глаза – они расположены по бокам морды, не так, как у людей, у которых они находятся близко и направлены вперёд. Глаза по бокам позволяют увеличить область обзора, но плохо передают ощущению глубины и расстояние до объектов. Вместо хорошего зрения у собак, лошадей, мышей, антилоп – и в принципе у большинства млекопитающих – есть длинные влажные носы. Отличаемся от них мы, люди, человекообразные и обычные обезьяны. И у нашего зрения есть определённая необычная особенность, которую необходимо объяснить.
Со временем, занимая более освещённые экологические ниши, мы стали всё меньше полагаться на запах и всё больше на зрение. Мы потеряли влажные носы и рыльца, наши глаза подвинулись вперёд на лице и сблизились друг с другом, что улучшило наше умение оценивать расстояние (мы выработали улучшенное бинокулярное зрение). Кроме того, обезьяны Старого Света, или узконосые обезьяны, catarrhini, выработали трихроматизм: цветное зрение из красного, зелёного и синего. У большинства других млекопитающих в глазах содержится два разных типа фоторецепторов (колбочек), но предок узконосых обезьян перенёс дупликацию генов, что создало три разных гена для цветового зрения. Каждый из них кодирует фоторецептор, настроенный на свет разных длин волн: короткие (синий), средние (зелёный) и длинные (красный). Итак, наши предки в результате эволюции выработали глаза, смотрящие вперёд и трихроматическое зрение – и больше мы не оглядывались.
Цветовое зрение работает через захват света с разными длинами волн и сравнение их с целью определения длин волн, отражённых объектом (то есть, его цвет). Синий цвет сильнее стимулирует рецептор, воспринимающий короткие длины волн, и слабо стимулирует рецептор, воспринимающий большие длины волн; красный цвет производит обратный эффект. Сравнивая относительную стимуляцию этих рецепторов, мы способны различать цвета.
Чтобы наилучшим образом воспринимать свет разных длин волн, колбочки должны равномерно располагаться по всему воспринимаемому людьми спектру, от 400 до 700 нм. Если мы посмотрим на распределение колбочек у шмеля, также обладающего трихроматическим зрением, мы также увидим равномерное распределение. И датчики цифровых камер тоже должны быть правильно расположены, чтобы правильно воспринимать цвета. Равномерное распределение колбочек/сенсоров обеспечивает хорошее спектральное прекрасное хроматическое покрытие для доступных длин волн. Но наше зрение работает не совсем так.
У нашего зрения нет такого равномерного спектрального распределения. У людей и прочих catarrhini области действия красных и зелёных колбочек пересекаются. Это означает, что мы ставим приоритет очень хорошее распознавание нескольких типов цветов – конкретно, красного и зелёного – за счёт невозможности увидеть так много цветов, как могли бы. Это странно. Почему же для нас так важно отличать красный от зелёного?
Тому было предложено несколько объяснений. Возможно, простейшее из них следующее: этот эффект является примером того, что биологи называют эволюционным ограничением. Ген, кодирующий рецептор зелёного цвета, и ген, кодирующий рецептор красного, появились в результате дупликации генов. Вероятно, что они изначально были почти одинаковыми по чувствительности, и времени на эволюционный отбор, в результате которого они стали бы разными, не хватило.
Ещё одно объяснение подчёркивает эволюционные преимущества близкого соседства красных и зелёных колбочек. Поскольку оно позволяет нам хорошо различать зелёные и красные цвета, а также разбираться в разных оттенках розового и красного, у нас хорошо получается отличать зрелые фрукты, которые обычно меняются от зелёного к красному или оранжевому цветам при созревании. Свидетельств реальности этого эффекта найдено предостаточно. Трихроматическим людям гораздо лучше удаётся высматривать зрелые фрукты в зелёной листве, чем дихроматическим (которых обычно называют людьми с красно-зелёным дальтонизмом). Что более важно, у нормально трихроматических людей это получается лучше, чем у людей, которым для эксперимента симулируют равномерно распределённый трихроматизм. У обезьян Нового света, среди которых некоторые трихроматические, а некоторые – дихроматические, первые распознают созревшие фрукты гораздо быстрее вторых, не пользуясь обонянием так сильно. Поскольку фрукты – критически важная часть диеты многих приматов, распознавание фруктов является правдоподобным фактором отбора, и не только для эволюции трихроматизма в общем, но и для нашей особенной, необычной формы трихроматизма.
Итоговое объяснение связано с системой социальных сигналов. Многие виды приматов используют красный цвет, например, ярко-красный нос мандрила или красные пятна на груди гелады, при социальном общении. Точно так же эмоции людей сопровождаются изменением цвета лица, связанным с током крови, бледнея при недомогании или волнении, краснея при смущении и так далее. Возможно, распознавание таких признаков и сигналов может быть связанным с необычным распределением колбочек?
Недавно мы с коллегами проверили эту гипотезу экспериментально. Мы брали изображения морд самок макак-резусов, которые краснеют, когда самок интересует спаривание. Мы подготовили эксперименты, в которых люди смотрели на пары изображений одной и той же самки, на одном из которых её интересовало спаривание, а на другом – нет. Участников просили выбрать морду самки, интересующейся спариванием, но при этом мы немного подредактировали изображения. В некоторых подходах люди видели оригинальные изображения, в других они видели изображения с изменёнными цветами, эмулировавшими то, что увидел бы наблюдатель с другой системой восприятия цвета.
Сравнивая таким способом разные виды трихроматизма и дихроматизма, мы обнаружили, что люди лучше всего справлялись с этой задачей, когда использовали нормальное человеческое трихроматическое зрение – и они гораздо лучше справлялись с задачей при помощи нормального зрения, чем с трихроматизмом с равномерным распределением колбочек (без наложения красного и зелёного спектров). Наши результаты совпали с гипотезой социальных сигналов: визуальная система людей лучше других справляется с обнаружением социальной информации на лицах других приматов.
Однако, мы проверили лишь необходимое условие гипотезы – то, что наше цветное зрение лучше справляется с этой задачей, чем другие возможные виды зрения. Возможно, что это сигналы появились в результате эволюции для того, чтобы воспользоваться чувствительностью наших глаз к определённым длинам волн, а не наоборот. Также возможно, что тут необходимо задействовать несколько объяснений одновременно. Один или несколько факторов могут оказаться связанными с происхождением распределения колбочек (к примеру, поедание фруктов), а другие факторы могут быть связанными с эволюционной поддержкой этого распределения после его появления в результате эволюции (к примеру, распознавание социальных сигналов).
Всё ещё точно неизвестно, почему у людей развилось такое странное цветное зрение. Возможно, это связано с добычей еды, социальными сигналами, эволюционными ограничениями, или какими-то другими объяснениями. Однако для исследования этого вопроса у нас есть много инструментов – генетическое секвенирование цветного зрения отдельного индивида, экспериментальная симуляция различных типов цветного зрения вкупе с поведенческим тестированием, наблюдения за дикими приматами, распознающими разные цвета. Есть что-то странное в том, как мы воспринимаем цвета. Мы поставили в приоритет способность различать несколько определённых цветов за счёт возможностей видеть столько цветов, сколько мы могли бы. Надеемся однажды узнать, почему так получилось.
