Рыбы различают цвета эффективнее человека благодаря простой системе в сетчатке
Исследователи обнаружили, что позвоночные, не относящиеся к млекопитающим, могут использовать гораздо более простой и эффективный способ различения цветовой и черно-белой информации, чем люди.
Профессор нейробиологии Том Баден и его коллеги из Университета Сассекса изучали, как данио-рерио (zebrafish) реагируют и различают разные длины волн (цвета) света.
Простая система в фоторецепторах
Впервые проведя прямые in-vivo измерения «цветовой настройки» фоторецепторов позвоночных, команда профессора Бадена в сотрудничестве с учёными из Университета Тюбингена (Германия) и Медицинского колледжа Бейлора (Техас, США) обнаружила, что данио-рерио решают задачу различения цвета намного проще.
Исследование, опубликованное в Science Advances, показывает, что у рыб так называемые «красные колбочки» реагируют на яркость (черно-белую информацию), а «зелёные колбочки» — на цветовую информацию.
«В основе цветового зрения лежит необходимость для зрительных цепей разделить информацию о яркости и о цвете. В природе они фундаментально переплетены, и разделить их — нетривиальная задача, которая в некоторых случаях может требовать много нейронов. В отличие от людей, данио-рерио решают эту базовую проблему сами в самом раннем возможном месте — в синапсе самих фоторецепторов», — объяснил профессор Баден.
Эволюционная перспектива
С эволюционной точки зрения эта «рыбья стратегия», вероятно, гораздо ближе к «истокам зрения» у позвоночных.
В отличие от этого, ранние предки млекопитающих, включая человека, в эпоху динозавров, как считается, перешли к ночному образу жизни. В процессе они потеряли все, кроме двух типов колбочек, что привело к дихроматии у большинства млекопитающих (зрение в двух цветах).
Позднее люди, гориллы и шимпанзе в своей эволюционной линии стали трихроматами, вернув часть утраченных способностей, но более сложным путём, требующим значительных вычислений, которые, как считается, выполняются мозгом, а не внутри глаза.
«Наше исследование показывает, что позвоночные, такие как данио-рерио, и, предположительно, большинство немлекопитающих позвоночных (другие рыбы, птицы, рептилии, амфибии), могут решить эту фундаментальную "цветовую головоломку" прямо на первом синапсе зрения. Для сравнения, люди застряли с этой чрезмерно сложной "вторичной" стратегией из-за раннего предка-млекопитающего», — сказал профессор Баден.
Связи с насекомыми и дальнейшие исследования
Исследование также отмечает связь с насекомыми: у мух также есть четыре типа «цветовых фоторецепторов», определяющих цвет точно так же, как у данио-рерио, несмотря на полностью независимую эволюцию.
В готовящейся к публикации в Current Biology статье учёные, используя ту же методику, исследуют второй слой обработки в сетчатке — так называемые биполярные клетки. Результаты показывают, что на этом уровне у данио-рерио формируется представление о трёх (а не двух) типах цветового контраста. Этот «третий» тип строится на сравнении УФ-излучения со всеми другими длинами волн и поразительно напоминает один из двух цветовых каналов, используемых человеком, — так называемую «сине-жёлтую» систему.
Вместе эти работы предполагают, что сине-жёлтая система человека действительно древняя и существовала ещё до разделения четвероногих и рыб почти 400 миллионов лет назад.