Часто можно прочитать в научно-популярной статье, что «собаки видят мир чёрно-белым, а не цветным» или «коровы не видят красный цвет». Однако возникает вопрос: а откуда информация? Собака сама рассказала автору исследования, как она видит?
«Почему тюльпаны такие красные?» – спрашивает малыш воспитательницу в детском саду. «Потому что яркие цветы привлекают пчёлок, которые собирают мёд!» – отвечает уверенно воспитательница. Шестилетний биолог, получив такое разумное и понятное объяснение, довольно кивает и бежит играть в песочницу.
А откуда у воспитательницы такие сведения? Действительно ли пчёлы видят мир таким, каким видим его мы? Различают ли они цвета? Формы предметов?
Этими непростыми вопросами учёные заинтересовались всерьёз только в XX веке. До этого вопрос «как видят животные и растения» (да-да, именно растения, мы не ошиблись!) особо не поднимался. Само собой, люди обращали внимание на то, что животные видят не совсем как люди – скажем, кошки прекрасно видят в темноте. А хищные птицы могут с километровой высоты разглядеть бегущую по земле мышь. Но это оставалось, скажем так, «уделом любознаек».
В XX веке в биологии развилось новое направление – этология, то есть наука о поведении животных. Сейчас даже первоклассник знают про то, что пчёлы могут «разговаривать» друг с другом с помощью «танцев» – то есть сложных движений крыльев и брюшка. А когда об этом впервые написал немецкий биолог Карл Фриш, над ним смеялись. «Пчёлы? Общаются друг с другом? Рассказывают друг другу о том, где находится нектар? Профессор, вы в своём уме?»
Учёным-этологам было очень трудно. Для того, чтобы правильно описать поведение животного, нужно точно знать, как оно воспринимает мир. Если мы видим на клумбе красный тюльпан, означает ли это, что пчела видит тот же самый красный тюльпан? Как это узнать? Между собой пчёлы общаются с помощью танцев – но как человеку узнать о том, что и как видит пчела?
Перед учёными лежало, как в волшебной сказке, «две дороги». Первый способ, первая «дорога» заключалась в том, чтобы обратиться к физиологии. То есть взять в руки скальпель и буквально под микроскопом максимально подробно изучить – как устроен глаз, как он работает.
Выяснились просто потрясающие вещи! Оказалось, что все глаза в живом мире планеты Земля построены приблизительно «по одним и тем же чертежам». И этому есть простое объяснение – распространение света происходит по одним и тем же законам, законам оптики. И природа, создавая «приёмник светового излучения» (то есть глаз), попросту следовала этим самым законам. Чтобы увидеть свет, нам нужно отверстие или углубление – раз. Нужны светочувствительные клетки на дне этого углубления – два. Нужна прозрачная среда, которая будет пропускать свет, но при этом защищать светочувствительные клетки – три.
Одно из самых удивительных явлений в биологии – это поразительное сходство глаз у самых, казалось бы, далёких друг от друга живых организмов. Например, мы, люди ну просто совсем-совсем не родственники головоногим моллюскам – кальмарам, осьминогам или каракатицам, а вот глаз осьминога на глаз человека невероятно похож! То же самое отверстие зрачка. Та же светочувствительная «матрица» – сечатка. Та же прозрачная роговица, защищающая глаз. Та же прозрачная фокусирующая линза – хрусталик.
Это, кстати, не означает что глаз осьминога является «точной копией» глаза человека. Скажем, мы, люди, для того, чтобы увидеть предмет «вблизи» или «вдали», изменяем кривизну хрусталика с помощью специальных мышц. Наша «линзочка» мягкая, она может становиться то «более выпуклой», то «менее выпуклой». А вот осьминоги для подобной «наводки на резкость» используют другой метод – их хрусталик двигается вперёд-назад, примерно как линзы в фотоаппарате!
Так что разница есть – а вот общие принципы одни и те же. Глаз человека похож на глаз осьминога, а глаз осьминога – на глаз паука-скакуна... Хотя у паука не два глаза, а восемь. Но из них шесть – дополнительные, неподвижные. А «главных» глаз у него – два. И снова – прозрачная линза, глазодвигательные мышцы, светочувствительный слой...
«А как же глаза насекомых? – спросите вы. – Ведь они на глаза людей совсем не похожи!» Глаза насекомых (а также ракообразных и многоножек) являются сложными – то есть состоят из отдельных зрительных элементов, омматидиев. А каждый омматидий – это, по сути, всё тот же самый «глаз» – у него есть фокусирующая линзочка (хрусталик) и есть воспринимающие светочувствительные клетки.
У такой «системы» есть и свои плюсы – скажем, насекомому не нужны мышцы, двигающие хрусталик. И сам хрусталик очень прочный и жёсткий, он из хитина. Образно говоря, «проще и надёжнее конструкция». Но есть и минусы – зрение при таком подходе получается не очень чёткое, «попиксельное».
Внутри человеческого глаза учёные обнаружили особые химические вещества (зрительные пигменты), чувствительные к свету – родопсин и четыре типа фотопсинов. Родопсин содержится в клетках, которые называются «палочками» и отвечает за ночное (чёрно-белое) зрение. Фотопсины содержатся в клетках, которые называются «колбочками» и отвечают за дневное (цветное) зрение. Кстати, если вы думаете, что зрительные пигменты у нас есть только в глазах, то ошибаетесь! Оказывается, родопсин есть и в особенных клетках нашей кожи – меланоцитах. Да-да, мы «видим кожей». Светочувствительные клетки нашей кожи реагируют на ультрафиолетовое излучение и «запускают» процесс выработки другого вещества – меланина. В результате кожа темнеет, мы загораем на солнышке!
Исследования фотопсинов показали, что каждый из разных типов «отвечает» за восприятие отдельного цвета – красного, зелёного и синего. «Смешивая» эти базовые цвета, мы получаем возможность воспринимать все любимые нами цвета радуги. Мы, люди, обладаем очень хорошим цветным зрением – как говорят учёные «трихроматическим», «трёхцветным».
А если глаз у животного содержит не три типа светочувствительных пигментов, а, скажем, меньше? Скажем, у собак таких светочувствительных пигментов только два, поэтому зрение собак называется «двухцветным», «дихроматическим». Они могут видеть синий, голубой и жёлтый цвета – но не различают красный, оранжевый и зелёный. С другой стороны, собаки намного лучше людей воспринимают оттенки серого цвета – у них и ночное зрение намного лучше человеческого!
А есть ли животные, которые видят больше цветов, чем люди? Да. Это – птицы. Сечатка глаза у птиц содержит четыре разновидности зрительного пигмента – чувствительные к красному, зелёному, синему и ультрафиолетовому (!) цветам спектра. Зрение птиц – «тетрахроматическое», то есть в переводе с греческого «четырёхцветное». Птицы видят намного больше красок, чем мы, люди. Птица, оперение которой кажется нам «просто чёрным», с точки зрения другой птицы может выглядеть очень даже «нарядной» и «разноцветной».
Итак, «первая дорога» – это физиология, изучение собственно строения глаза. Но значит, есть и вторая? Да, второй способ изучения зрения животных тоже есть. Именно его использовали учёные-этологи Карл Фриш и Нико Тинберген. Вместо того, чтобы изучать зрительные пигменты и другую «химию зрения», они внимательно и упорно изучали поведение живых животных – пчёл и ос.
Быть этологом интересно – но и очень сложно. Терпение для этого нужно просто фантастическое! Каким образом Карл Фриш смог узнать, какие цвета пчёлы видят, а какие – нет? Сперва он приучал пчёл пить сладкую воду из плошки, которая ставилась на карточку нужного цвета. Затем он ставил эту карточку посреди других – раскрашенных в разные оттенки серого. Если пчёлы «выбирали» цветную карточку, значит они видят этот цвет! Представляете, сколько времени у учёного ушло на такие опыты? Однако он смог доказать – пчёлы обладают цветным зрением, но не таким, как мы. Они различают жёлтый, синий и фиолетовый цвета, а ещё видят в ультрафиолетовом участке спектра! А вот красный цвет они не видят, так что красный тюльпан пчела видит не красным, а чёрным или тёмно-серым. И объяснение воспитательницы «почему красные тюльпаны» (или учительницы из очень хорошей повести Николая Носова «Дневник Коли Синицына»), оказывается, не совсем верное...
Ещё дальше в своих наблюдениях пошёл голландский учёный Нико Тинберген. Он изучал не пчёл, а их страшного врага – «пчелиного волка», осу-филанта. Филанты не живут в ульях семьями, это осы-одиночки. Филант выкапывает для себя норку в земле – именно туда самка откладывает яйцо и туда приносит убитых пчёл – корм для растущей личинки. На выбранном участке леса Тинберген нашёл 25 (!) гнёзд филанта, тщательно отметил их на карте и стал наблюдать. Каждую осу он аккуратно помечал цветной точкой, так что сразу было видно – «та» это оса или «чужая».
Несмотря на то, что на охоту осе летать было далеко, она всегда безошибочно находила свою норку. Что позволяет ей находить её так легко? Запах? Или всё-таки зрение? Тинберген окружил выход из норки кольцом из шишек. Оса, вылетев из норки, сильно «озадачилась». Она долго летала вокруг выхода, будто старалась запомнить все «новые детали», «сфотографировать». А затем – ррраз! – и умчалась на охоту.
Тогда учёный очень аккуратно перенёс кольцо из шишек на другое место, примерно в метре от настоящей норки. Вот оса возвращается с тяжёлой добычей, и вот она летит прямёхонько в центр круга, выложенного из шишек! Она не находит норки. Что делать? Оса бросает добычу и начинает искать свою нору. Она взлетает, делает несколько кругов, наконец обнаруживает норку. Тогда она возвращается за брошенной добычей и уже безошибочно отправляется «домой». Это могло означать только одно – при поиске своего дома оса руководствуется не запахом, не звуком, не каким-то загадочным «шестым чувством», а именно зрением!
Учёный ставит следующий опыт – он дожидается, пока оса снова вылетит на охоту, и перекладывает шишки так, чтобы они образовали не круг, а треугольник. Затем рядом он выкладывает круг – только уже не из шишек, а из камушков! Когда оса вернётся, сможет ли она различить подмену? Вернувшаяся оса направилась чётко в центр кольца из камней! Значит, она видит не «мелкие детали», а картинку «в целом» – ей важны не «шишки или камушки», а «круг или треугольник».
Профессор Тинберген экспериментировал с кустиками травы, дощечками, пропитанными пахучим составом, мелким мусором – эти опыты заняли не один день, не два и даже не целый месяц... Тысячи наблюдений, невероятное терпение – это же живая оса, её не получится «подогнать», сказать ей «лети уже быстрее!» или что-то подобное. Однако в итоге было неопровержимо доказано – осы-филанты обладают превосходным зрением и отличной зрительной памятью.
Опыты Фриша и Тинбергена (за свою работу они получили в 1973 году Нобелевскую премию) показали, что пчёлы и осы не только обладают цветным предметным зрением, но и способны ощущать поляризацию света. Знаете, что такое поляризация?
Вечером посмотрите на какой-нибудь огонёк вдали, прикрыв глаза, но не до конца. Так, чтобы свет проникал сквозь ваши ресницы. Видите красивые «лучики»? Именно такой свет и называется поляризованным. А вот пчёлам для поляризации прищуривать глаза не надо – они поляризацию видят «сразу», «просто так». Что это даёт? А то, что они «видят» Солнце на небе даже в самую пасмурную погоду! Точнее, само Солнце они не видят, но «видят», откуда в точности идёт свет.
А вам, друзья, какой способ изучения зрения животных больше по душе? Физиология (то есть «как оно устроено изнутри») или этология («как оно работает снаружи»)? Профессор Тинберген писал об этом вот как:
"Положение физиолога и этолога можно сравнить с положением двух марсиан, изучающих управление автомобилем. Один из них – этолог – видит, как машина ездит, следуя изгибам дороги, ускоряя и замедляя движение. Что красный свет светофора вызывает остановку машины. Другой марсианин – физиолог – может во всех деталях разобраться в том, как устроен двигатель, как впрыскивается топливо, как работает коробка передач... Но если эти учёные не объединят своих усилий, им никогда не понять «общую картину», «автомобиль вообще». Мы очень близки к положению этих двух марсиан – с той разницей, что живой организм бесконечно сложнее автомобиля..."
Напоследок – хотите научную загадку? Самую настоящую, до сих пор не разгаданную? Помните, мы говорили о том, что по количеству типов воспринимающих цвет клеток (фоторецепторов), можно сказать, сколько цветов и оттенков животное воспринимает? У собак зрение дихроматическое, у людей – трихроматическое, у птиц – тетрахроматическое... А бывает ли больше? Какое животное на земле является «рекордсменом» по зрительным пигментам? Обладает «самым-самым» зрением? Наверное, это какая-нибудь хищная птица? А вот и нет...
Это морской рак-богомол из отряда ротоногих. В его глазах содержится до 16 (!!!) типов фоторецепторов. Каждый глаз, как у большинства ракообразных и насекомых, состоит из множества простых глазков – около 10 тысяч штук. Каждый глаз при этом размещается на отдельном подвижном стебельке и разделён на три «зрительные зоны». То есть каждый глаз видит «всё вокруг и сразу везде», на 360 градусов, да ещё и может работать как «тройной бинокль-дальномер».
Опыты учёных показали, что рак-богомол умеет «переключать» видимые диапазоны волн, почти как жуткий Хищник из фантастического кино. Этот рак способен различать абсолютно все цвета – вплоть до глубокого ультрафиолета, плюс воспринимает поляризацию света – и линейную, и круговую!
Учёные до сих пор не могут разобраться, зачем же раку-богомолу такие уникальные и сложные глаза. Зачем ему 16 типов светочувствительных клеток – если большинству остальных животных мира хватает двух-трёх? Зачем ему возможность видеть, как говорят физики, «в дальнем ультрафиолете»?
Рак-богомол не охотится активно, подобно орлам или акулам – это типичный «засадный» хищник (как и обыкновенный богомол). Затаившись в засаде, он терпеливо ждёт, когда к нему близко подплывёт неосторожная добыча. Затем – резкий рывок (скорость около 120 метров в секунду, между прочим!), мощный удар (может человеку палец сломать запросто), захват, «приятного аппетита»...
Подобный образ жизни ведут самые разные животные мира – при этом некоторые вообще почти лишены глаз, им хватает чувствительных волосков и других подобных органов...
А что же растения? О которых мы в самом начале сказали, что они тоже обладают зрением? А вот не смейтесь. В 2016 году было обнаружено, что пресноводная цианобактерия (раньше эти удивительные создания называли «сине-зелёные водоросли») с жутким названием «синехоцистис» может работать подобно простому глазку – причём в качестве собирающей свет линзы она использует всё своё тело!
Для чего это водоросли, исследователи пока не поняли – но раз такой механизм существует у низших растений, он мог возникнуть и у высших тоже. А в клетках многих растений были обнаружены вещества, характерные для простых глазков (оцеллий) простейших организмов... В общем, с растениями далеко не всё «чисто».
Скажем, южноамериканская лиана бокила трёхлистная славится тем, что умеет «копировать» форму листьев растений, которые оплетает! Причём бывает так, что бокила в процессе роста «перебирается» с одного растения на другое – так она умудряется копировать листья и того, и другого растения! Да так, что только специалист сможет отличить...
Вот каким образом она это делает? И самое главное – для того, чтобы скопировать форму листа, надо его каким-то образом «увидеть», не так ли? И учёные (отбросив предрассудки, энтов из книжек Толкиена и прочие насмешки про «грибы с глазами») обратили внимание на тот факт, что некоторые клетки эпидермиса у бокилы имеют линзовидную форму...
Могут ли они служить растению «глазами»? Или это просто совпадение? Наблюдения, опыты, исследования продолжаются... Бесспорно одно: окружающий нас мир полон тайн и загадок, и многие из них только предстоит раскрыть.
Читайте также:
С чего начинается жизнь? Чем отличается живое от неживого? Может ли мёртвое ожить?
Это журнал "Лучик" и его замечательные читатели. Присоединяйтесь к нам!
Можно выписать журнал на сайте Почты России
Или через через редакцию журнала
Можно посмотреть свежий номер на Wildberries
Просто полистать старые журналы можно здесь