Spalvinis regėjimas: kas tai, evoliucija ir vaidmuo gyvūnuose
Atraskite, kaip spalvinis regėjimas evoliucionavo ir padeda gyvūnams rasti maistą, atpažinti gėles bei medžioti dieną; naktinių rūšių rega kitokia.
Dėl spalvinio regėjimo evoliucijos šviesa matoma pagal jos bangos ilgį. Tai turi akivaizdžių privalumų, ypač padeda gyvūnams rasti maisto.
Daugelio žolėdžių gyvūnų spalvinis regėjimas leidžia jiems pastebėti vaisius arba (nesubrendusius) lapus, kuriais galima maitintis. Kolibriai pagal spalvą dažnai atpažįsta tam tikras gėles. Plėšrūnai taip pat naudoja spalvinį regėjimą, kad lengviau surastų grobį.
Visa tai daugiausia taikoma gyvūnams dienos metu. Kita vertus, naktinių žinduolių spalvinis regėjimas yra daug silpniau išvystytas. Jiems tinklainės erdvę geriau išnaudoja daugiau lazdelių, nes lazdelės geriau surenka šviesą. Spalvų skirtumai tamsoje daug mažiau pastebimi.
Kas yra spalvinis regėjimas?
Spalvinis regėjimas – gebėjimas atskirti šviesos bangos ilgius ir taip suvokti skirtingas spalvas. Jį užtikrina specialios akies ląstelės – konos (ir retkarčiais tam tikros nervinės grandinės smegenyse), kurios yra jautrios skirtingiems bangos ilgiams. Kartu su lazdelėmis, atsakingomis už regėjimą prasto apšvietimo sąlygomis, konos leidžia matyti ir spalvas, ir kontrastus.
Kaip tai veikia (trumpai)
- Konai turi opsinus – baltymus, kurie sugeria specifinį šviesos bangos ilgį. Skirtingi opsinai suteikia jautrumą mėlynai, žaliai, raudonai ar ultravioletinei (UV) šviesai.
- Žmonėms dažniausiai būdinga trichromija (trys konų tipai). Kai kuriems paukščiams, vabzdžiams ir žuvims yra tetrakromija arba net daugiau tipų, todėl jie mato UV spektro dalį ir turi didesnį spalvinį diapazoną.
- Lazdelės aptinka net labai silpną šviesą, bet jos praktiškai nejaučia spalvų, todėl tamsoje spalvinis matymas yra prastesnis.
Evoliucija ir genetinės priežastys
Spalvinio regėjimo evoliucija yra sudėtinga ir priklauso nuo ekologinių poreikių. Daugeliu atvejų spalvinis regėjimas atsirado ir išsivystė dėl:
- maisto paieškos (pvz., raudonos uogos prieš žalų lapą),
- šeiminės atrankos (ryškios spalvos signalizuoja sveikatą ar tinkamumą poravimuisi),
- maskuotės ir netgi socialinės komunikacijos.
Genetiškai spalvinis regėjimas priklauso nuo opsinų genų. Kartais genų pasikartojimas (duplikacija) leidžia susidaryti naujiems opsinams, plėsti jautrumo diapazoną. Pavyzdžiui, senųjų pasaulio primatų linijoje (įskaitant žmones) atsirado papildomas opsinas, todėl Vyresnieji pasaulio primatai tapo trichrominiais. Naujojo pasaulio beždžionėse trichromija gali būti polimorfiška – kai kurios patelės turi papildomą opsiną dėl X chromosomos varianto, o patinai dažniausiai lieka dichromatiniai.
Naktinių žinduolių ir „naktinio siauro tunelio“ hipotezė
Dauguma šiuolaikinių žinduolių praeityje buvo prisitaikę prie naktinio gyvenimo – tai vadinama naktiniu „bottleneck“. Per tą laikotarpį daugelis opsinų buvo prarasti arba sumažintas konų tipų skaičius, nes naktiniame gyvenime lazdelių savybės buvo svarbesnės. Todėl daugelis naktinių žinduolių turi silpną arba ribotą spalvinį regėjimą. Vėliau kai kurios rūšys (pvz., primatai) sugrąžino arba išsaugojo spalvinį regėjimą, kai grįžo prie dieninio gyvenimo.
Spalvinio regėjimo vaidmuo gyvūnų elgsenoje
- Maitinimasis: spalvos padeda atpažinti prinokusius vaisius arba valgomuosius augalų audinius.
- Poravimasis ir signalizacija: ryškios spalvos, plunksnos ar kūno žymės gali pranešti apie sveikatą arba patekti į partnerio dėmesį.
- Maskuotė ir apgaulė: plėšrūnai ir grobis gali rinktis spalvas, kad pasislėptų arba suklaidintų kitą organizmą.
- UV spektras: daugelis paukščių, vabzdžių ir kai kurių žuvų mato UV šviesą – tai suteikia papildomą informacijos sluoksnį, pavyzdžiui, gėlės ir gyvūnų ženklai gali būti matomi tik UV diapazone.
Specifiniai pavyzdžiai
- Kolibriai ir daug paukščių mato UV ir gali rinktis gėles pagal UV žymenis.
- Plėšrūnai – šunys ir kiti grobuoniai dažnai naudoja spalvą bei kontrastą paieškai, nors kai kurie turi ribotesnį spalvinį diapazoną nei žmonės.
- Mantis shrimp (krevetės mantis) turi neįprastai daug fotoreceptorių (iki keliolikos tipų) ir gali aptikti poliarizaciją bei labai platų spektrą – tai rodo, kad spalvinis regėjimas gali vystytis labai įvairiai pagal ekologinius poreikius.
- Vabzdžiai, pvz., bitės, mato UV ir naudoja gėlių UV raštus orientacijai ir nektaro radimui.
Žmogaus spalvų aklumas ir įvairovė
Žmonėms dažniausi spalvų suvokimo sutrikimai yra protanopija (trūksta raudonos opsino) ir deuteranopija (trūksta žalios opsino). Tokie sutrikimai dažniausiai būna paveldimi ir dažniau pasitaiko vyrams dėl genų lokalizacijos X chromosomoje. Retesnė forma – tritanopija – susijusi su mėlyno opsino trūkumu. Daugeliui žmonių spalvų suvokimas yra pakankamas kasdienėms užduotims, bet tam tikrose profesijose gali reikėti specifinio testavimo.
Santrauka
Spalvinis regėjimas yra adaptacija, kuri skiriasi tarp rūšių priklausomai nuo gyvenimo būdo, mitybos, poravimosi strategijų ir naktinio/dienos aktyvumo. Jis remiasi konų ir opsinų įvairove, kuri evoliuciškai keičiasi pagal poreikį, ir turi platų taikymą – nuo maisto radimo iki socialinės komunikacijos ir saugumo.
Nariuotakojai
Be stuburinių, vieninteliai sausumos gyvūnai, turintys spalvotą regėjimą, yra nariuotakojai. Vandens nariuotakojai, pavyzdžiui, vėžiagyviai, taip pat turi spalvinį regėjimą. Kaip ir stuburinių gyvūnų atveju, skiriasi detalės, tačiau darbą atliekančios molekulės - opsinai - yra labai panašios.
Stuburiniai gyvūnai
Teleostinės žuvys, ropliai ir paukščiai turi keturis fotopigmentų opsinus. Tai leidžia manyti, kad bendras keturkojų ir amniotų protėvis (prieš ~360 mln. metų) turėjo:
"lazdelių ir keturių spektrinių klasių kūgelių, kurių kiekviena atstovauja vienai iš penkių regos pigmentų šeimų. Keturios spektriškai skirtingos kūgelių klasės suteikia šioms rūšims tetrachromatinio spalvinio regėjimo galimybę".
Žinduoliai
Priešingai, žinduoliai prarado didžiąją dalį spalvinio regėjimo gebėjimų per ilgą mezozojaus periodą, kai gyveno kaip naktiniai gyvūnai.
"...šiuolaikiniuose eutherinių žinduolių organizmuose yra dvi kūginių opsinų genų šeimos ir, išskyrus kai kuriuos primatus, nė vienas iš šių gyvūnų negauna daugiau nei vieno fotopigmento tipo iš kiekvienos iš dviejų genų šeimų".
Daugelis primatų gyvena kaip dieniniai gyvūnai, o viena jų grupė - Senojo pasaulio beždžionės - išvystė trichromatinį regėjimą. Iš šios grupės beždžionių kilusios antropoidinės beždžionės ir žmonės taip pat turi gerą spalvinį regėjimą. Taigi dauguma beždžionių ir žmonių turi gerą spalvinį regėjimą, o dauguma kitų eutherinių žinduolių - ne: Jie turi tik du opsinus ir yra bichromatiniai.
Ultravioletiniai spinduliai
Ultravioletiniai spinduliai turi įtakos daugelio gyvūnų, ypač vabzdžių, spalvų suvokimui.
Spalvinį regėjimą ir ultravioletinių spindulių atskyrimą turi daugelis nariuotakojų - vieninteliai sausumos gyvūnai, be stuburinių, turintys šią savybę.
Paukščių, vėžlių, driežų, daugelio žuvų ir kai kurių graužikų tinklainėse yra UV spindulių receptorių. Šie gyvūnai gali matyti UV spindulių raštus, esančius ant gėlių ir kitų laukinių gyvūnų, kurie žmogaus akiai yra nematomi.
Klausimai ir atsakymai
Klausimas: Kas lemia, kad šviesa matoma pagal jos bangos ilgį?
Atsakymas: Dėl spalvinio matymo evoliucijos šviesa matoma pagal jos bangos ilgį.
K: Kokie yra spalvinio matymo privalumai?
Atsakymas: Spalvinio regėjimo privalumai yra tai, kad jis padeda gyvūnams surasti maistą, o plėšrūnai taip pat naudoja spalvinį regėjimą, kad lengviau surastų grobį.
K: Ką spalvinis regėjimas leidžia daryti daugeliui žolėdžių?
A: Daugelio žolėdžių spalvinis regėjimas leidžia jiems pamatyti vaisius arba (nesubrendusius) lapus, kuriais galima maitintis.
K: Kaip kolibriai atpažįsta tam tikras gėles?
A: Kolibriai atpažįsta tam tikras gėles pagal spalvą.
K: Koks lazdelių vaidmuo naktinių žinduolių tinklainėje?
A: Lazdelių vaidmuo naktinių žinduolių tinklainėje yra geresnis, nes jos geriau surenka šviesą, o turint daugiau lazdelių geriau išnaudojama tinklainės erdvė.
K: Kurių gyvūnų spalvinis regėjimas yra daug silpniau išvystytas?
A: Naktinių žinduolių spalvinis regėjimas yra daug silpniau išvystytas.
K: Ar spalvų skirtumai matomi tamsoje?
Atsakymas: Ne, spalvų skirtumai tamsoje matomi daug prasčiau.
Ieškoti