Czy możemy dostrzec nowe kolory?

Dla człowieka odróżnienie samca od samicy sikory modrej nie jest łatwe. Dla ptaków tych czub samca ma kolor ultrafioletowy, a ludzie nie widzą tego koloru.

Oczy naczelnych, w tym ludzi, są wyposażone w receptory rejestrujące trzy kolory – czerwony, zielony i niebieski – i ich kombinacje. Wiele innych ssaków widzi dwa główne kolory (niebieski i zielony), a ptaki cztery (czerwony, zielony, niebieski i ultrafiolet).

Na podstawie sygnałów kodujących trzy podstawowe kolory w mózgu powstają wielobarwne obrazy. A czy jest sposób, aby zobaczyć na nich nowe odcienie?Ewolucja narządu wzroku jednych z pierwszych organizmów na Ziemi prawdopodobnie rozpoczęła się 800 milionów lat temu.

„Te pradawne stworzenia żyły w wodzie, a informacje o tym, czy jest dzień, czy noc oraz na jakiej głębokości się znajdują pomagały im przetrwać”, mówi Baden.

Ponad 500 milionów lat temu, podczas eksplozji kambryjskiej, receptor melatoniny w toku ewolucji przekształcił się w opsyny – białka, które są zawarte w niemal wszystkich receptorach światła – co doprowadziło od powstania siatkówki u kręgowców.

Baden, zafascynowany ewolucją narządów wzroku kręgowców, wykorzystał technikę obrazowania dwufotonowego oraz analizy obliczeniowe, a także przeprowadził badania terenowe z użyciem specjalistycznych kamer i światłomierzy, aby zbadać danio pręgowane służące mu za model wczesnych przodków człowieka.

„Danio pręgowane posiadają cztery rodzaje czopków, dzięki którym widzą czerwony, zielony, niebieski i ultrafiolet, a każdy z nich odgrywa odrębną rolę. Odkryliśmy, że za pomocą receptorów barwy czerwonej określana jest jasność, dzięki receptorom barwy zielonej i niebieskiej ryby rozróżniają kolory, a receptory ultrafioletu umożliwiają im identyfikację pokarmu. Co najważniejsze, cała percepcja kolorów ma miejsce w synapsie wyjściowej fotoreceptorów, czyli w samej siatkówce oka”, wyjaśnia Baden.Nasz układ wzroku wyraźnie różni się od układu danio pręgowanych, które posiadają cztery rodzaje czopków w siatkówce. Działają one jak neurony, z których każdy posiada odpowiednie białka na powierzchni komórek, co sprawia, że różnicowanie długości fali wejściowej jest bezpośrednie i łatwe.

W ludzkiej siatkówce znajdują się trzy receptory barwy, z których każdy jest wrażliwy na różne części spektrum światła. Dzięki czopkom reagującym na krótkie fale widzimy światło niebieskie. Czopki czułe na fale o średniej długości fali umożliwiają widzenie koloru zielonego, a czopki trzeciego rodzaju są wrażliwe na długie fale, które są interpretowane jako kolor czerwony.Okazuje się, że czopki odbierające kolor zielony i czerwony są w rzeczywistości takie same – to czopki reagujące na kolor czerwony i ich kopie, które reagują na nieco inną długość fal, przez co umożliwiają nam widzenie zielonych odcieni. Co istotne, w kontekście ewolucji i budowy są one takie same.

„W rezultacie obwód siatkówki nie jest w stanie rozróżnić tych sygnałów i przekazuje to zadanie do mózgu. Nie wiemy dokładnie, jak działa ten proces, ale prawdopodobnie wiąże się z pewnego rodzaju algorytmem, który wykształca się na etapie wczesnego rozwoju u niemowląt”, tłumaczy Baden.Jeśli nasza percepcja kolorów jest wynikiem dekodowania przez mózg sygnałów z fotoreceptorów, to dlaczego nie możemy rozwinąć przetwarzania neuronowego tak, aby rozszerzyć paletę widzialnych kolorów, jak w oprogramowaniu do przetwarzania obrazów cyfrowych?

„Mózg stosuje przypuszczenia dotyczące długości fali, która dotarła do czopków, aby zinterpretować ją jako kolor. Natomiast obwody neuronowe muszą wiedzieć, którego fotoreceptora słuchają”, mówi Baden. „Sygnałów jest niewiele, a jednak nasze wielkie mózgi nauczyły się je interpretować. Najprawdopodobniej robią to tak dobrze, jak to możliwe i przyzwyczaiły się do pracy z długościami fal odbieranymi przez czopki”.

Nawet wyrafinowane algorytmy są ograniczone przez dane wejściowe, wygląda więc na to, że jedynym sposobem na rozszerzenie widzianej przez nas gamy kolorów byłaby zmiana danych wejściowych na siatkówce.

Jednak odzyskanie wzroku naszych przodków i ponowne widzenie ultrafioletu może przełożyć się na przykład na zwiększone ryzyko wystąpienia nowotworów.

Co zaskakujące, u praktycznie wszystkich współczesnych kręgowców – ryb, płazów, gadów i ptaków – zachował się pełen zestaw receptorów barw, który występował u ich przodków.

„Widzenie kolorów przez ssaki, w tym ludzi, nie jest idealne i jest prawdopodobnie wynikiem zmiany ewolucyjnej taktyki przetrwania sięgającej czasów dinozaurów! Pytanie nie brzmi więc »jak sprawić, że będziemy widzieć więcej?«, lecz »jak to się dzieje, że widzimy aż tyle?«”, podsumowuje Baden.

Więcej informacji na temat badań, które prowadzi Baden, można znaleźć tutaj: Obserwowanie świata oczami ryb