Ученые давно интересуются вопросом о том, как животные воспринимают цвет. В то время как люди в первую очередь полагаются на колбочки фоторецепторных клеток в сетчатке для обнаружения цвета, у многих животных есть разные зрительные системы, адаптированные к их среде обитания и образу жизни. Понимание цветового зрения животных может дать представление об эволюции, поведении животных и даже о том, как создать дружественную для животных среду обитания человека. Но выяснить, как выглядит цвет для животного, не являющегося человеком, — это удивительно сложная задача. В этой статье мы рассмотрим некоторые методы, которые ученые используют для понимания цветового зрения животных, и какие открытия они сделали.
Первым шагом в изучении цветового зрения животных является изучение самих глаз. Глаза всех позвоночных имеют схожую базовую структуру с линзой, фокусирующей свет на сетчатке. Но типы фоторецепторных клеток в сетчатке могут различаться у разных видов.
| Животное | Типы цветовых фоторецепторов |
|---|---|
| Люди | 3 типа колбочек (распознают красный, зеленый, синий) |
| Собаки | 2 типа колбочек (желтый, синий) |
| Рак-богомол | 12-16 типов колбочек |
У людей есть три типа колбочек, чувствительных к красным, зеленым и синим длинам волн света. Это трихроматическое зрение позволяет нам воспринимать весь видимый спектр света. У многих других млекопитающих, включая собак, есть только два типа колбочек — синие и желтые. С меньшим количеством колбочек они видят более ограниченный диапазон цветов. Другие животные, такие как птицы, могут иметь четыре или более типов колбочек, что расширяет их цветовое зрение. А некоторые существа, такие как рак-богомол, имеют ошеломляющие 12-16 различных цветовых рецепторов, что позволяет им видеть радугу далеко за пределами того, что может себе представить человек!
Физически исследуя сетчатку под микроскопом, ученые могут подсчитать типы колбочек у разных видов. Это дает первые подсказки о том, насколько специализированным может быть их цветовое зрение.
Однако то, что у животного больше типов фоторецепторов, не обязательно означает, что его цветовое зрение лучше, чем у нас. Мозг также должен уметь обрабатывать информацию от колбочек, чтобы в полной мере использовать входные данные. Ученые разработали поведенческие эксперименты, чтобы понять, насколько точно животные могут различать цвета.
Одним из распространенных методов является использование сенсорного экрана, на котором отображаются два цветных квадрата, а за прикосновение к одному цвету выдается пищевое вознаграждение. Изменяя оттенок, насыщенность и яркость, исследователи могут увидеть, при каких условиях животное может заметить разницу. Например, исследования показывают, что куры могут различать гораздо больше оттенков красного, чем люди. Голуби также преуспевают в создании тонких цветовых различий. Это говорит нам, что эти птицы, вероятно, видят мир в гораздо большей цветовой детализации, чем мы.
Другие эксперименты изучают, как цветовые сигналы влияют на поведение. Пчел, которые имеют трихроматическое зрение, подобное человеческому, можно обучить ассоциировать определенный цвет с сахарным вознаграждением. Наблюдая, как быстро пчелы учатся посещать цветные цветы, ученые получают представление о том, как они воспринимают цветовой сигнал. Эти поведенческие тесты ограничены интеллектом животного и обычными привычками, но могут предоставить ценные данные об их различении цветов в естественном контексте.
Достижения в области микроэлектродов позволили нейробиологам выйти за рамки поведения животных и напрямую наблюдать, как фоторецепторы глаза реагируют на свет. Вставив электрод в фоторецепторную клетку, они могут измерить электрический ответ при воздействии различных длин волн. Это создает кривую чувствительности, показывающую, какие именно цвета обнаруживает клетка.
Исследователи могут тестировать клетки одну за другой, чтобы составить карту типов, присутствующих в глазу. В некоторых случаях они обнаружили дополнительные типы фоторецепторов, которые не были очевидны из одних только анатомических исследований. Это электрофизиологическое тестирование дает наиболее конкретное доказательство того, какие цвета может видеть животное прямо из источника. Недостатком является то, что оно требует инвазивной технологии и является низкопроизводительным по сравнению с поведенческими исследованиями.
Взятые вместе, анатомические, поведенческие и физиологические данные позволяют ученым математически моделировать зрительный опыт животного. Определяя чувствительность различных типов колбочек и их распространенность в сетчатке, они могут рассчитать спектральную кривую чувствительности для всего глаза. Это дает оценку того, насколько чувствительно зрение животного к различным длинам волн.
Модели могут предсказать, какие цвета может различать животное, а какие цветовые вариации могут быть пропущены. Например, модели показывают, что дихроматическое зрение собак делает их неспособными различать некоторые оттенки зеленого и красного. Ученые также используют сравнительные модели между видами, чтобы получить представление об их различных визуальных перспективах. Однако все еще многое неизвестно о том, как именно мозг животных обрабатывает цветовую информацию от глаз. Поэтому модели постоянно совершенствуются по мере появления новых поведенческих доказательств.
В дополнение к моделированию некоторые исследователи используют более прямой подход — пытаются увидеть мир собственными глазами животного. Один из изобретательных способов — носить контактные линзы, имитирующие фоторецепторы животного. Хотя наш мозг не устроен так же, как у животного, измененный цветовой вход дает представление об их субъективном опыте.
В качестве альтернативы ученые могут пропускать видео через фильтры, которые представляют спектральную чувствительность различных зрительных систем. Это было сделано для собак, кошек, хорьков и других видов, чтобы получить представление об их смещенном цветовом восприятии. Онлайн-инструменты даже позволяют любому человеку преобразовывать обычные изображения и видео в версии, приближающиеся к цветовому зрению животных. Хотя это и приближение, оно может наглядно проиллюстрировать ограничения и основные моменты нечеловеческих зрительных возможностей.
Помимо удовлетворения научного любопытства относительно сенсорных систем, изучение цветового зрения животных имеет множество практических применений. Знание того, что видят животные, помогает:
– Разрабатывать вольеры для животных, игрушки и методы обучения, которые лучше подходят для их визуального восприятия.
– Объяснять цветовые сигналы, используемые для общения животных и брачных сцен.
– Руководить усилиями по сохранению — деятельность человека может влиять на цвета, имеющие решающее значение для образа жизни животных.
– Разрабатывать неинвазивные метки отслеживания, приманки и наживки, нацеленные на зрительную чувствительность животных.
– Вдохновлять алгоритмы обработки изображений и датчики, которые извлекают полезную информацию так, как видят животные.
– Позволять лучше понимать, как разные существа воспринимают визуальное искусство и мир вокруг нас.
По мере расширения наших знаний цветовое зрение животных откроет новые способы поддержки благополучия животных, извлечения выгоды из их перцептивных способностей и получения вдохновения из визуальных возможностей, которые эволюция создавала на протяжении миллионов лет.
Мы можем только догадываться, как пчела видит луг или перспектива птицы, парящей над тропическим лесом, действительно выглядит так. Но с помощью комбинации поведенческих экспериментов, физиологических записей, моделирования и визуальных приближений ученые собирают воедино красочный мир, каким его воспринимают животные. Теперь мы знаем, что многие видят более широкий спектр, более тонкие вариации и отдельные визуальные детали, адаптированные к их образу жизни. Тем не менее, все еще ведутся активные исследования возможностей различных видов и многое еще предстоит узнать о цветовом зрении животных. По мере совершенствования технологий новые открытия продолжат открывать удивительные и полезные сведения о визуальных мирах наших собратьев.