Наше зрение кажется почти идеальным таким, какое оно есть. Мы можем смотреть на закат и видеть, как оранжевые тона переходят в розовые. Мы смотрим на лес и воспринимаем тысячи оттенков зелёного. Легко предположить, что то, что мы видим, — это, более или менее, полная картина реальности. Но это не так. Наш видимый спектр, тот сегмент электромагнитного излучения, который способен detect человек, невероятно узок. И сразу за границей нашего видимого спектра — на конце радуги, сразу после фиолетового — находится ультрафиолетовое (УФ) излучение, полностью скрытое от обычного человеческого восприятия.
Пчёлы используют его, чтобы ориентироваться среди цветов. Птицы используют его для общения. Северные олени, возможно, даже используют его, чтобы отслеживать хищников на арктическом снегу. Но наши глаза отфильтровывают его почти полностью.
Это часто удивляет людей, потому что, с биологической точки зрения, люди не совсем неспособны detect УФ-излучение. На самом деле, сетчатка сохраняет ограниченную чувствительность к длинам волн, близким к УФ. Настоящий барьер находится немного ближе кпереди: хрусталик. Человеческий хрусталик функционирует почти как солнцезащитный крем, поглощая УФ-излучение до того, как оно достигнет сетчатки.
Это поднимает важный эволюционный вопрос: если УФ-излучение существует повсюду вокруг нас, почему же люди не развили способность его видеть?
Почему люди эволюционировали, чтобы блокировать ультрафиолетовый свет
Краткий ответ заключается в том, что, по крайней мере с эволюционной точки зрения, видение УФ-света могло просто принести больше хлопот, чем пользы.
В исследовании 2011 года, опубликованном в BMC Ophthalmology, учёные изучили, что происходит, когда интактные человеческие хрусталики подвергаются воздействию УФ-излучения и видимого света. Авторы обнаружили, что длительное воздействие УФ-излучения в высоких дозах приводило к измеримым рассеивающим поражениям и фото-потемнению — признакам накопления структурных повреждений в ткани с течением времени.
Это означает, что УФ-излучение постепенно разрушает ту самую прозрачность, от которой зависит эффективное функционирование хрусталика. А поскольку хрусталик является одной из самых деликатных оптических структур в организме, это может иметь пагубные последствия.
Задача хрусталика сложна: он должен оставаться почти идеально прозрачным в течение десятилетий, при этом постоянно подвергаясь воздействию УФ-излучения от солнечного света, которое угрожает этой прозрачности. В течение длительного времени накопление УФ-повреждений может способствовать образованию катаракты и другим возрастным изменениям в глазу.
С этой точки зрения, человеческий хрусталик начинает обретать эволюционный смысл. Он служит не просто фокусирующим устройством, но также функционирует как защитный фильтр. Он жертвует доступом к УФ-длинам волн в обмен на сохранение здоровья сетчатки и остроты зрения.
Однако, помимо этих защитных функций, могли быть и другие преимущества фильтрации УФ-излучения. Более короткие длины волн рассеиваются легче, чем более длинные; это та же причина, по которой небо кажется голубым. Это означает, что слишком большое количество УФ-излучения, попадающего в глаз, потенциально может ухудшить контрастность изображения и точность зрения. А для долгоживущего примата, который должен ориентироваться в сложном визуальном мире, острота зрения была бы важнее, чем спектральный диапазон.
В дополнение к этому, люди также вложили значительные средства в другую визуальную специализацию: трихроматическое цветовое зрение. То есть, у приматов развилась исключительная чувствительность к красным, зелёным тонам и тонким изменениям оттенка кожи — способности, которые, как считается, помогают в обнаружении фруктов, эмоциональной сигнализации и социальном общении.
Эволюция полна компромиссов. Расширение в сторону УФ-зрения могло просто давать меньше преимуществ, чем совершенствование уже имеющейся у нас зрительной системы. Итак, люди не обязательно «не смогли» развить УФ-зрение. У нас, вероятно, были веские причины эволюционировать в сторону от него.
Немногие люди, которые могут видеть ультрафиолетовый свет
Стоит отметить, что из этого правила есть одно замечательное исключение. Люди, у которых отсутствует естественный хрусталик глаза (состояние, известное как афакия), иногда могут воспринимать УФ-излучение. Как подробно описано в основополагающем исследовании в журнале Perceptual and Motor Skills, проведённом хирургом-афакиком Робертом М. Андерсоном, это стало особенно заметно в первые дни хирургии катаракты, до того как современные искусственные интраокулярные линзы стали routinely имплантироваться.
Пациенты иногда сообщали, что видели необычные голубоватые или беловатые цвета после удаления их мутного естественного хрусталика. Некоторые описывали сам УФ-свет как бледно-фиолетовый или электрически-синий. Причина этого относительно проста: без хрусталика, действующего как УФ-фильтр, гораздо больше УФ-излучения может достигать сетчатки.
Конечно, это не значит, что люди с афакией внезапно обретают «суперзрение». Сетчатка человека по-прежнему лишена специализированного УФ-фоторецептора, подобного тем, что есть у других животных. Тем не менее, наши колбочки, чувствительные к коротким волнам, сохраняют достаточно остаточной чувствительности, чтобы ближний УФ-свет мог активировать их при определённых условиях.
Что в этом странно поэтично, так это то, что это подтверждает: скрытая внутри человеческой зрительной системы существует дремлющая чувствительность к длинам волн, которые мы редко испытываем. Она не совсем утеряна, просто заблокирована. Эволюция оставила механизм частично нетронутым, лишь поместив поверх него фильтр.
Как на самом деле выглядело бы ультрафиолетовое зрение?
Воображение большинства людей рисует УФ-зрение как нечто драматическое: светящиеся контуры, психоделические цвета, неоновые пейзажи. Но реальность такова, что оно, вероятно, было бы гораздо более тонким.
Главная сложность в ответе на этот вопрос заключается в том, что у нас нет способа представить цвета, которые наш мозг изначально не был создан обрабатывать. Наше зрение построено на трёх типах колбочек, чувствительных к длинным, средним и коротким волнам; весь наш опыт восприятия цвета возникает из сравнения этих трёх сигналов.
Многие УФ-чувствительные животные имеют дополнительный фоторецептор, настроенный специально на УФ-длины волн. Птицы, например, часто являются тетрахроматами, что означает, что у них фактически есть четвёртый цветовой канал, недоступный человеку. Их визуальный мир может содержать различия, которые мы буквально не можем осмыслить.
Но для людей попытка представить истинное УФ-зрение подобна попытке представить совершенно новый основной цвет. И наш язык, и наше воображение обречены на провал.
Что мы можем предположить, так это то, что многие знакомые объекты внезапно стали бы выглядеть совершенно иначе:
Цветы, кажущиеся человеку просто белыми, часто содержат УФ «нектарные указатели» (т.е. высококонтрастные узоры, направляющие опылителей к пыльце и нектару)
Птичьи перья, которые кажутся нам однородно окрашенными, могут содержать отражающие УФ участки, используемые при выборе партнёра
Даже некоторые шерсть и кожа млекопитающих могут отражать УФ-свет способами, невидимыми для человека
Однако самое важное различие, которое нужно сделать, заключается в том, что УФ-зрение не просто добавило бы «больше света». Оно бы фундаментально реорганизовало восприятие в целом. Луга перестали бы быть просто зелёными; внезапно они стали бы слоистыми со скрытыми сигналами, которые эволюция встраивала в живые существа миллионы лет.
Животные, которые видят скрытый ультрафиолетовый мир
УФ-зрение удивительно широко распространено в животном мире. Рыбы, рептилии, насекомые, паукообразные и многие птицы могут detect УФ-длины волн в той или иной форме. Но птицы, пожалуй, самый убедительный пример, потому что для них УФ-свет глубоко интегрирован в повседневную жизнь.
Исследование 2013 года, опубликованное в Proceedings of the Royal Society B, изучало эволюционное значение УФ-чувствительности у птиц и обнаружило, что УФ-зрение неоднократно развивалось и diversify в линиях птиц.
Однако не все птицы видят УФ-свет абсолютно одинаково; вместо этого их зрительные системы претерпели множественные эволюционные сдвиги между состояниями, чувствительными к фиолетовому и УФ. Это говорит нам о том, что УФ-восприятие имеет для них важные экологические и поведенческие последствия.
Для птиц УФ-сигналы влияли бы практически на всё в их повседневной жизни, от выбора партнёра до добычи пищи. Оперение, которое кажется нам тусклым, вероятно, сияет УФ-отражением для птиц. Некоторые ягоды и фрукты могут более чётко выделяться на фоне листвы в УФ-свете. Некоторые виды могут даже использовать УФ-подсказки для навигации или распознавания видов. Птицы фактически живут в визуальном мире, который гораздо богаче того, который воспринимаем мы.
Пчёлы — ещё один классический пример, как отмечает исследование 2001 года из Journal of Experimental Biology. Многие цветы развили УФ-узоры именно для того, чтобы пчёлы могли их detect. В наших глазах ромашки однородно жёлтые. Но для пчелы они могут содержать яркую УФ-мишень, которая направляет их прямо к нектару.
Это яркие примеры глубокой истины в эволюции: восприятие никогда не бывает объективным. Каждый вид испытывает лишь тот срез реальности, который требуется для его выживания.
Люди развили зрительную систему, оптимизированную для чёткого дневного зрения, социальной сигнализации и долгосрочной защиты сетчатки. Птицы развили систему, способную считывать УФ-сигналы оперения, невидимые для нас. Пчёлы развили глаза, настроенные на цветочные посадочные полосы, нарисованные в длинах волн, которые человек не может detect. Сам мир не изменился между видами. Изменились только окна, через которые каждое животное его видит.
Ультрафиолетовое зрение — лишь одно из более странных изобретений эволюции. Пройдите мой забавный Тест на IQ эволюции, чтобы узнать, насколько глубоки ваши знания на самом деле.
Эта статья была первоначально опубликована на Forbes.com