Андрей Журавлев - Летающие жирафы, мамонты-блондины, карликовые коровы... От палеонтологических реконструкций к предсказаниям будущего Земли

Цветное зрение — это нечто иное, как способность различать волновые спектры света. Большинство плацентарных млекопитающих остались дихроматиками: у них отсутствуют колбочки, восприимчивые к длинноволновой части спектра, то есть к красному цвету. Им все кажется либо ультрафиолетово-зеленым (грызуны), либо сине-зеленым (лошади, коровы, кошки, собаки). Как дальтоникам. Так называют людей, для которых красный и зеленый выглядят одинаково, а оттенков совсем не существует. Вместо, скажем, желто-зеленого они видят белый, серый или просто желтый. Многим этот дефект не мешает, и, пока в детских садах и школах не ввели обязательную проверку цветового восприятия, человек мог прожить всю жизнь, даже не догадываясь о том, что он не такой, как все. Первым природу этого явления попытался понять в конце XVIII века химик Джон Дальтон, преподававший в Нью-Колледже в Манчестере. Он заметил у себя и своего брата необычные ощущения красок: цветок пеларгонии, который при дневном свете казался небесно-голубым, при свечах становился почти желтым. (На самом деле пеларгония была розовой.) Дальтон решил, что от природы обладает синим фильтром, и завещал свои глаза для исследований. После смерти ученого в 1844 году лечащий врач Джозеф Рэнсам провел вскрытие и не обнаружил ни в стекловидном теле, ни в роговице или хрусталике решительно ничего необычного. Лишь 150 лет спустя остатки глаз Дальтона были изучены молекулярными биологами. Они и выявили отсутствие гена, кодирующего опсин, который воспринимает зеленую часть спектра. Опсин — это белковая часть пигмента; другой частью является хромофор — производное витамина А. Хромофор изменяет свою структуру под действием света, а опсин улавливает этот химический сигнал и передает его дальше — в зрительный нерв мозга.

Дальтонизмом в среднем страдают 2 процента людей. Болезнь эта — наследственная и связана с неполадками в Х-хромосоме, где гены, кодирующие два разных опсина, расположены вплотную друг к другу. Поэтому среди мужчин, имеющих всего одну такую хромосому, дихроматиков больше — до 8 процентов. Те же самые генетические закономерности наблюдаются у наших ближайших родственников — других приматов Старого Света. А вот у некоторых видов южноамериканских обезьян вообще все самцы дальтоники.

Из млекопитающих только приматы 35–40 миллионов лет назад вернули себе трихроматическое зрение. Стимулом к новообретению цветного зрения стал образ жизни, связанный с поисками плодов в кронах деревьев. Ведь незрелые зеленые фрукты не только не очень вкусные, но нередко и ядовитые, в отличие от созревших, сочных и сладких, красных и ярко-желтых. К тому же точность прыжков с ветки на ветку невозможна без правильного восприятия цвета и, значит, развитого мозга, который играет важную роль в обработке зрительных сигналов. Правда, нейробиолог Марк Чангизи из Политехнического института имени Ренсселера в Трое (штат Нью-Йорк) считает, что более важной причиной развития у приматов цветного зрения стало появление голых участков кожи. Покраснение лица (или противоположного ему участка тела) подскажет, что интересующая вас персона пребывает в гневе или, наоборот, смущается; позеленение — укажет на нездоровье. Вполне достаточный повод, чтобы научиться разбираться в цветовых, а следовательно, и в эмоциональных оттенках поведения себе подобных. И действительно, среди приматов цветовое восприятие лучше развито у видов с обнаженными лицами (и не только).

Как бы то ни было, на химико-генетическом уровне все решилось достаточно просто — благодаря возникновению двух разных генов на основе одного, отвечающего за синтез опсина, который воспринимает средние (зеленые) волны. Достаточно заместить одни аминокислоты на другие всего на трех из 348 участков молекулы опсина, и цветовое восприятие сдвинется на 30 нанометров. Этого вполне достаточно, чтобы увидеть дополнительный спектр: разница между красным и зеленым спектральными пиками как раз составляет 30 нанометров.

Насколько быстро может распространяться подобное генетическое изменение? Очень быстро. Как уже было сказано, на 100 человек в среднем приходятся два дальтоника, а на атолле Пингелап в Микронезии красный цвет не различают 75 человек из 700 его обитателей. Там после тайфуна 1775 года выжило всего 20 человек. Один из них оказался дальтоником, но очень плодовитым…

Вернемся ко времени появления млекопитающих. Если в начале эволюции они лишились половины своих цветовых рецепторов и остались с двумя типами колбочек, то, значит, их предки обладали тетрахроматическим зрением? Это на самом деле так. Практически у всех других позвоночных — рыб, земноводных, пресмыкающихся (например, крокодилов), птиц, а также вымерших динозавров — цветовое восприятие богаче нашего. Мы привыкли считать основными цветами — красный, зеленый и синий; остальные примерно 100 оттенков — их производные. Эту цветовую шкалу создали наши светочувствительные пигменты. Они наиболее восприимчивы к световым волнам с пиками около 560 (красный), 530 (зеленый) и 420 (синий) нанометров. А скажем, птицы видят еще и ультрафиолетовый (370–390 нанометров). В многоцветье и ультрафиолетовом сиянии перед ними предстают партнеры, плоды и цветы, которые нам кажутся одноцветными. (Скажем, воробей — не бледнее павлина.) Они видят красно-зеленый и ультрафиолетово-зеленовато-красный оттенки, которые мы и вообразить не в состоянии. Сами перья тоже добавляют яркости: благодаря закономерному, в виде пластин, расположению наноразмерных органелл — меланосом, отвечающих за окраску, перья иридисцируют — переливаются всеми цветами радуги, испуская опять же невидимый для нас отраженный свет. Во всем блеске представали перед своими партнерами и пернатые динозавры.

Кроме того, в глазах у пернатых, а также пресмыкающихся есть цветовые фильтры — окрашенные масляные капли. Эти фильтры сужают области спектра, воспринимаемые каждым пигментом, и тем самым приумножают количество видимых цветов. Птица никогда не перепутает оранжевато-желтую гусеницу с желтовато-оранжевой.

Не только птицы могут «похвастаться» восприятием ультрафиолетового цвета. У пчел эту способность обнаружили еще в XIX веке, а знаменитый этолог Карл фон Фриш, работавший в Венском университете, в 1914 году придумал, как с помощью цветных и серых (разного оттенка) бумажных квадратиков узнать, сколько цветов видят эти перепончатокрылые. Правда, Фриш не сумел определить, как пчелы на самом деле воспринимают красный или желтый. Сегодня же исследователь может взять пчелу, вживить в ее 5-микронный фоторецептор микроэлектрод, затем направить в глаз луч света того или иного спектра и измерить разность потенциалов, которая при этом возникает в клетке.