История зрения: путь от светочувствительности до глаза

Видимый свет – это та часть электромагнитного излучения, которую мы способны определять глазом. Здесь мы рассмотрим только эту часть электромагнитного излучения. Можно ощущать инфракрасное излучение всей поверхностью тела как тепло или холод, но это выходит за пределы интереса этой книги.

Все ли мы видим цвета одинаково?

До открытия волновой природы цвета этот вопрос не был решен до конца, и многие серьезные ученые считали, что предметы окружающего мира не несут цвета, что он – плод работы мозга или воображения. Как же мы определяем цвет? Почему видим, что перец бывает красным или желтым?

В настоящее время понятно, что восприятие цвета происходит из-за наличия в сетчатке глаза клеток-колбочек, которые максимально чувствительны к электромагнитному излучению определенной длины волны. Когда они возбуждаются и подают сигнал через цепь нейронов в кору головного мозга, у живого организма возникает ощущение цвета. В человеческом глазу (у большинства людей) три типа колбочек, каждый из них максимально чувствителен к электромагнитному излучению определенной длины волны, которые мы определили для себя как красный, синий и зеленый. Комбинация этих цветов дает ощущение множества цветов и оттенков. Цвет по-гречески «хромос», а цветное зрение называют хроматическим. В зависимости от того, сколько типов опсинов есть у живого организма, его зрение называется монохроматическим, дихроматическим, трихроматическим и т. д. Большинство людей обладают трихроматическим зрением. Почему большинство, а не все, рассмотрим в этой главе, когда будем обсуждать ахроматопсию и людей, которые видят больше оттенков цветов, чем остальные.

Фоторецепторные клетки содержат белковые светочувствительные пигменты, трансформирующие через каскад реакций энергию света в нервный импульс, который идет в головной мозг. Благодаря тому, что разные опсины максимально чувствительны в разных спектрах видимого света, мозг, получая сигналы от соответствующих колбочек, составляет представление о цвете и оттенках.

Нормальное трихроматическое зрение возможно благодаря опсинам, определяющим три типа колбочек, в которые они входят. Благодаря этим опсинам колбочки могут быть максимально чувствительны в красном, синем или зеленом спектре видимого света. Точнее сказать, спектр видимого света именно такой, потому что есть эти три типа опсинов.

У других видов живых существ количество опсинов может быть иным, сответственно способность различать цвета может сильно отличаться от среднечеловеческой как в пределах одного спектра, так и за его пределами. Тем не менее эволюционную преемственность разных опсинов можно отследить.

У человека есть три основных типа зрительных опсинов, которые имеют максимальную чувствительность в разных спектрах.

Ген OPN1LW обусловливает синтез опсина, наиболее чувствительного к свету в желто-оранжевой части видимого спектра (длинноволновый свет). Колбочки, которые содержат этот пигмент-опсин, называют длинноволновыми, или L-колбочками. В научно-популярной литературе их еще называют красными.

«Красный» OPN1LW-ген локализуется рядом с геном, который отвечает за синтез «зеленого» опсина OPN1MW (он содержит инструкцию для фотопигмента с максимальной чувствительностью в желто-зеленом спектре), оба они находятся на X-хромосоме. Большинство людей имеют только одну копию гена OPN1LW и несколько копий гена OPN1MW.

«Синий» ген OPN1SW кодирует синтез синего фотопигмента-опсина, наиболее чувствительного к сине-фиолетовой части спектра. Колбочки, содержащие этот опсин, называются коротковолновыми, или синими, или S-колбочками.

Комбинация сигналов с разных типов колбочек дает представление о цвете, формирующееся в головном мозге.