Господин Свещаров
Биологичен калейдоскоп (16)

Светът през погледа на различните очи. Кое животно какви очи има. Цветен ли е светът за всички животни. Били ли са прадедите ни далтонисти?

Чувствителността към светлината и способността за възприемане на отделни предмети, образи и цветове е различна за най-разнообразните представители на животинския свят, населяващ Земята. Това е така, защото всяко живо същество се е приспособявало в процеса на многомилионната еволюция да възприема само тези образи, които са необходими преди всичко за осигуряването на съществуването му като животински вид. Затова се смята, че възприемането на светлинните явления от организмите или така наречената фоторецепция, изиграла огромна роля в цялата биологична еволюция, тъй като всеки биологичен вид е „построявал“ около себе си свой собствен свят и го е нагаждал към условията на околната среда и най-близките си съседи.

Нека видим накратко как е протекла еволюцията на зрителния анализатор. Повечето от най-просто устроените животински видове нямат специално оформени органи за възприемане на светлината. При представителите от род Еуглена (камшичести едноклетъчни първаци) в непосредствена близост до камшичето можем да открием едно мъничко червено петънце, което е чувствително към светлинно дразнене, но, разбира се, тези просто устроени едноклетъчни същества не са способни да възприемат образите на околните предмети. При малко по-висшите организми се намират обвити с пигмент рецепторни клетки, способни да реагират на светлината. Те или са разпръснати из цялото тяло на животното, или са концентрирани в единия му край, както е например при дъждовния червей. Морската звезда също няма специално обособени очи, но в края на всеки неин „лъч“ са съсредоточени доста на брой чувствителни към светлината клетки.

Колкото еволюцията е усложнявала строежа на животните, толкова са се подобрявали и зрителните органи, които, след като са преминали през фазата на най-просто устроеното око (оцелата), постепенно са се усложнявали, докато се е стигнало до оформянето на познатото на всички ни същинско око. Днес ние само можем да се удивляваме на поразителното майсторство на природата, която, използвайки различни клетки (кожна, нервна), е получила един и същ зрителен орган. Защото в процеса на ембрионалното (зародишното) развитие може да се проследи много ясно, че окото на главоногите мекотели се оформя в резултат от диференциацията на кожните клетки, докато окото на човека и другите бозайници се обособява от нервни клетки. Но независимо от това, между нашите очи и тези на октоподите например има много голяма прилика!

Зрението при рибите, земноводните, влечугите и птиците е монокулярно, тъй като очите им са разположени от двете страни на главата. При това положение всяко око вижда само за себе си, т.е. животното получава двойна информация за това, което става вляво и вдясно от него. Подобно зрение имат и някои бозайници, като коня например.

При висшите маймуни и човека очите са разположени наблизо и могат да гледат добре предимно напред. Такова зрение се нарича бинокулярно и дава на притежаващите го много по-добра възможност за ориентация в околното пространство.

Докато повечето от птиците имат великолепно развито зрение и някои от тях са ненадминати шампиони по острота на зрението (ястребите и соколите могат да забележат от огромна височина движеща се мишка!) и имат много добре развита акомодация (приспособяване) на очите си към различни разстояния, то зрението на змиите, изглежда, не играе съществена роля, тъй като при всяко събличане на кожата си влечугото подновява и неподвижния клепач, който покрива очите му. А е доказано със сигурност, че това подновяване вода до влошаване на зрението им.

Къртиците, прилепите и остроносите мишки имат толкова силно закърнели очи, че практически те са почти слепи. Някои нощни подземно живеещи змии имат вертикално разположена зеница, като възможността за нейното почти напълно затваряне предпазва тези животни от ослепяващата ги и съвсем непривична за тях дневна светлина.

И обратното — много животни притежават удивителната способност да виждат добре и през нощта. Към тях можем да причислим всички хищници от семейство котки (с изключение на лъва), лисиците, лемурите, нощните порове, летящите катерички, бухалите, совите, много нощни насекоми и други. Кръглата зеница в очите им е заменена с вертикална, което дава възможност отворът и да се изменя в много големи предели. По такъв начин в окото могат да постъпват значително повече от и без това оскъдните през нощта светлинни лъчи. В замяна на повишената чувствителност на очите им към слаби дози светлина остротата на зрението при тези животни е значително понижена и те не могат да виждат добре на дълги разстояния.

При влечугите съществува и трето око, което се намира на темето им. То е най-добре развито при гущерите, но единствено при „живото изкопаемо“ — хатерията, предава на мозъка полезна информация. При другите видове влечуги третото око е само чувствително към светлината и все още не е изяснена напълно ролята му за поведението на животните.

А един вид риба, уловена преди няколко години близо до орегонското крайбрежие на САЩ и получила името Батилихнопус екзилис, притежава два чифта очи! С горния чифт силно изпъкнали очи рибата вижда плячката и враговете, плуващи над нея, а другият чифт очи са силно чувствителни към слаби дози светлина и те гледат надолу. Засега подобно устройство на зрителен анализатор представлява уникално изключение за гръбначните животни и предизвиква голям интерес сред учените, тъй като описаните очи явно осигурява на рибата възможност за стереоскопично виждане.

Насекомите, паяците, раците и някои други животни притежават сложни, или така наречени „фацетни“ очи. Те се състоят средно от 5–10 хиляди зрителни единици (оматидии), изолирани една от друга със сектори, като всеки оматидий възприема лъчите, падащи успоредно на неговата ос. Такова око не дава един единствен образ, а възприема мозайка от идентични образи, в която всеки елемент на окото внася отделно изображение. Освен че очите на една голяма част от „многооките“ насекоми функционират в много широки предели на осветление, те са в състояние да „виждат“ и ултравиолетовите лъчи, докато човек например е напълно сляп за тях, както и за инфрачервените и рентгеновите лъчи.

В резултат на многобройни проучвания вече е доказано със сигурност, че малко на брой животни могат да различават цветовете така, както можем ние, хората. Това идва да ни подскаже, че цветовиждането е наистина един лукс, запазен от природата за човека. Защото е известно също така, че художниците и някои специалисти са в състояние да различават до 15 000 нюанса на цветовете.

Но същевременно има и хора, които различават много малко цветове или изобщо не ги различават — това са далтонистите. Повечето от животните са също далтонисти. За тях околният свят е такъв, какъвто го виждаме при прожекция на черно-бял филм или на черно-белия телевизионен екран. И докато за някои хора би се сторила ужасна неспособността за цветно гледане, то трябва да кажем, че много животни спокойно могат да минат и без него, тъй като различаването на изумителното разнообразие от багри в природата за тях е допълнително средство за правилна ориентация в обстановката на околната среда.

Макар и построени по еднакъв образец, очите на хората не виждат еднакво багрите на отделните предмети. Дори и синевата на небето не е еднаква за отделните индивиди, тъй като тези, които имат кафяви очи, виждат цветовете по-различно от онези със сини очи. А с увеличаването на възрастта кристалинът (лещата) в очите ни започва да пропуска все по-слабо виолетовите и сините лъчи, защото още от седмия месец на вътреутробното развитие на детето артерията, която храни кристалина, започва силно да се стеснява и той старее фактически от момента, в който детето за пръв път отвори очите си.

Интересното е това, че не винаги по-съвършените от еволюционна гледна точка животни виждат цветно по-добре. Кучето, конят, кравата и бикът са на много по-висш етап на развитие от костенурката например, но тя вижда цветовете, а те — не. А при извършваните с бикове опити се доказало, че те не различават червения цвят и се вбесяват от размахванията на наметалото на тореадора, а не от червения цвят.

Нормално виждащите цветове хора са понякога също слепи за цветовете. Но това е само нощем, когато червеният цвят се вижда черен, зеленият и синият — сиви, а виолетовият изглежда почти бял. Това нереално явление е известно под името „ефект на Пуркиньо“.

Изглежда, че между бозайниците само катеричките и висшите маймуни са в състояние да различават така богатото разнообразие от цветния спектър. Сравнително добро цветовиждане притежават някои нехрущялни риби, ракообразни, мекотели и насекоми.

Най-съществена част на всеки зрителен орган е светочувствителната му зона, позната под името ретина. Тя е изградена от множество светлочувствителни клетки, чиито сигнали се предават по нервен път до главния мозък. Интересно е да се знае, че светлочувствителните клетки от даден тип притежават „приемници“ с точно определена спектрална характеристика, т.е. те са чувствителни към лъчи с определена дължина на вълната. За да се осъществи цветно зрение, трябва една ретина да има най-малко два приемника от различен тип, чиито спектрални характеристики чувствително да се различават помежду си. Притежатели на такова дихармонично зрение са повечето от насекомите и както може да се предположи, то е много по-несъвършено от трихроматичното, притежавано от очите на човека и пчелата. Общо взето, дихроматичните очи различават в областта на видимия спектър по-малко отделни цветове, отколкото трихроматичните.

Любопитно е да се отбележи, че докато за човека трите основни цвята са червеният, синият и жълтият, та в последно време бе установено, че за пчелите основни са синьо-виолетовият, жълто-зелено-оранжевият и ултравиолетовият! Оказало се освен това, че покрай възможностите на пчелите да различават и невидимите за човешкото око ултравиолетови цветове, техните очи са снабдени с много фин автоматичен регулатор, който им осигурява възможността да възприемат цвета независимо от осветлението!

Пчелите могат да виждат изображенията само на разпукнали се и разтворени цветове на растенията. Увяхналите цветя и неразпукнали цветни пъпки пчелите не забелязват. Затова и светът на пчелите сигурно се състои само от разцъфнали камбанки, ябълков и липов цвят, теменужки, лилии и др. Неподвижните цветове на растенията пчелите не виждат, но когато те прелитат над тях, ги забелязват, също като че ли цветовете се движат. И понеже виждат и ултравиолетовите лъчи, белите за нас маргаритки блестят за пчелите, осеяни с пурпурни точки, които отбелязват местата, в които е струпан нектарът.

Други изследвания са установили не по-малко интересни факти за фацетните очи на водното конче и гръбоплавката. Оказало се, че долната част на очите им усеща цветовете, а горната вижда всичко монохроматично. Водните кончета са хищници, които ловуват във въздуха. Когато жертвата им се намира над тях, те добре я различават като тъмно петно на фона на светлосиньото небе. Затова и цветното зрение в горната част на окото би било за водното конче напълно излишно. Но на земята водните кончета биха могли да проследяват жертвата си само благодарение на цветното си зрение.

Преди известно време в научните списания се появи съобщение, че испански спелеолози са открили в Кантабрийските планини пещера, чиито стени били покрити с цветни фрески, рисувани от праисторически художници. Искаме да припомним, че през нашето столетие в пещерите на Италия, Франция, Монголия, по скалите в Сахара и на други места бяха открити множество рисунки на бизони, мамонти, носорози, елени и коне, нарисувани от ръката на човек от докаменния век. Различни по големина и майсторско изпълнение, всички тези рисунки се оказали обаче удивително сходни по багрово изпълнение. Независимо в коя част на света да е живял, доисторическият майстор се е ползвал само от четири вида бои — черна, бяла, червена и жълта.

Защо нашите твърде далечни прадеди-художници са използвали толкова ограничени по цвят бои в своите рисунки?

Загадката не е разкрита и до ден днешен. Има няколко оригинални хипотези за бедната палитра на първобитните художници. Някои учени смятат, че през палеолита те са използвали само тези цветове, които най-често са срещали в свободно състояние в природата. Според други причината се крие в някаква ритуална символика. Съвсем наскоро обаче една нова хипотеза бе изказана от съветския учен А. Формозов — кандидат на историческите науки. Той обяснява загадката с това, че далечните ни прадеди просто… не са възприемали други цветове!

Формозов е направил щателен анализ на древни текстове и дошъл до извода, че понятията „зелен“ и „син“ почти у всички народи са от много по-късно време, отколкото понятията „червен“, „черен“ и „жълт“.

Както изтъква Формозов, в езиците на много народи от Западна Африка има термини за обозначаване само на три цвята — черен, червен и бял, а аборигените от австралийските племена арунта обозначават синия и зеления цвят с думата за жълто. Този факт става още по-непонятен, след като се знае със сигурност, че хората от арунта и африканските племена различават прекрасно всички цветове. Според Формозов това противоречие е отглас от онези времена, когато са били рисувани първите картини върху гладките каменни стени и през което хората са осъзнавали само тези цветове, които ние днес виждаме в скалните фрески.

Разгадаването на тайната на цветното зрение на нашите прадеди ще трябва да се търси може би в неизяснените още стадии на човешката еволюция. Защото според психолозите новородените деца отначало виждат само червения и жълтия цвят и едва по-късно започват да възприемат синия и зеления. Освен това множество писмени източници свидетелствуват, че едва през последните столетия хората са започнали да различават многообразието на цветови нюанси на основните цветове. И както пише въпросният изследовател, „натрапва се изводът, че цветовото възприемане на природата от човека от година на година става все по-пълно“.

Голяма роля за нормалното възприемане на светлинните дразнения от окото играят химичните превръщания на зрителния пигмент родопсин, наричан още зрителен пурпур. Когато светлинният лъч премине през оптиката на окото — корнеята, лещата и стъкловидното тяло, той попада върху ретината, чийто най-горен слой е изграден от два вида клетки, едните от които имат форма на пръчици, а другите изглеждат като бухалчици или колбички. В тях се намира зрителният пигмент.

С помощта на електронния микроскоп ултраструктурата на тези два вида клетки бе най-подробно изследвана. Оказа се, че пръчковидните клетки са изградени от три сегмента — повърхностен, вътрешен и краен. Молекулите на зрителния пигмент родопсин се откриват в подредени като пачка банкноти мембрани, изградени от белтък и липиди. Вътрешният сегмент на „пръчицата“ е изпълнен с множество митохондрии. Може да се предполага, че при подобно разположение на сегментите в горната част на клетката протичат първичните фотохимични процеси, пораждащи химичните превръщания в митохондриите на вътрешния сегмент. Вероятно тези енергетични превръщания лежат в основата както на процесите, възбуждащи клетките, така и на възстановителните процеси.

Родопсинът сам по себе си представлява оцветен белтък. Неговият цвят се определя от витамин А, известен на специалистите по фоторецепция под името ретинал. Ретиналът е способен да се огъва и да се разполага под най-различни форми в пространството. За осъществяване на процеса на зрението е необходима обаче една единствена, най-светлочувствителна форма, каквато е 11-цис изомерът на ретинала. Именно той се открива без изключение в очите на всички животни. Когато квантите светлина попаднат върху този изомер, той моментално се „изправя“, като по този начин задействува по-нататъшния процес от химични превръщания, съпровождащи се с обезцветяване на родопсиновата молекула.

Останалата по-голяма част от молекулата на пигмента, която се нарича опсин, доскоро се считаше за чист белтък. Но само преди около десетина години бе изказано мнението, че опсинът представлява всъщност съединение на белтък с фосфолипиди. При това в молекулата на зрителния пигмент ретиналът е свързан именно с фосфолипидите. Това е едно устройство, което поразително много съответствува на строежа на клетъчните мембрани, за които днес вече със сигурност се знае, че представляват работещи с изумителна прецизност и точност молекулни биохимични „машини“.

От известно време насам тези предположения са подложени на строга проверка от редица биохимици по света. И ако те се окажат верни, ще се потвърди, че зрителният пигмент не е нищо друго, освен един участък от светлочувствителна мембрана, т.е. белтък, примесен с фосфолипиди. В такъв случай по цялата дължина на фосфорецепторната „пръчица“, където се заражда зрителният процес, можем да очакваме да бъдат наредени плътно една до друга и добре опаковани мембрани, които ще приличат на подредени в стълбчета монети.

Излиза, че най-важният механизъм на зрението трябва да се търси в химичната рекомбинация на самата светлочувствителна мембрана. Това означава, че в процеса на еволюцията на окото се е образувала уникална високоспециализирана мембрана, обезпечаваща максимална светлочувствителност. И ако експерименталните изследвания на Баундс и Абрахамсон се потвърдят, ще се окаже, че светлочувствителните мембрани в 95 на сто се състоят от опсин и че в резултат на тази еволюция се е стигнало до поразителен феномен — никакви излишни белтъци, а само улавящ светлинните кванти пигмент. Той дава възможността на една единствена пръчковидна клетка да възбужда нервен зрителен сигнал в отговор само на един единствен квант погълната енергия! И като се има предвид, че в природата няма по-малки порции светлина от 1 квант, може да се твърди, че „живата машина“ работи на границите на физическия предел!

По-нататъшните изследвания ще покажат дали тези последни данни ще се потвърдят, или ще бъдат коригирани. Но независимо от това ние вече сме свидетели на зараждането на нов клон от биологическите науки — молекулярната физиология на зрителните процеси, която ще подпомогне извънредно много изследванията в областта на класическата физиология на зрението.

Разглеждайки предимствата и недостатъците на различно устроени очи, не може да не се възхитим на изумителното майсторство и творческата изобретателност на природата, които тя е вложила при обособяването на зрителните органи. И затова не е чудно, че в последно време вниманието на биониците все за по-дълго време се задържа върху начина на функциониране на зрителните анализатори. В резултат на задълбочени проучвания на биолози, математици и инженери в тази област не закъсняха да се появят редица уреди, конструирани да работят по принципа на животинските зрителни органи. Така например бяха създадени устройства, които преобразуват излъчваните от предметите инфрачервени лъчи и ги правят видими за човешки очи. По този начин днес хората могат да виждат много по-добре, отколкото известните ни нощни животни. По подобие на фацетните очи на пчелата или морското конче са конструирани уреди, с които по принципно нов начин се определя скоростта на излитащи или приземяващи се самолети, ракети, на автомобили или други бързо движещи се предмети.

На принципа на действие на жабешкото око са създадени апаратури, които са в състояние мигновено да отличават балистичните ракети от други летящи тела. Правят се успешни опити за моделиране дейността на човешкото око. И ако в близко бъдеще физиолозите и биохимиците разяснят докрай механизмите за действие на зрителния анализатор, ще бъдат конструирани електронни устройства, които значително ще превъзхождат човешкото око.