Technologyes World

Глаз человека воспринимает мир во всем его многообразии и богатстве оттенков, будь то солнечно-оранжевый цветок календулы или деталь автомобиля, отливающая матовым серебром, холодно-голубое зимнее небо или травяно-зеленый кристалл изумруда. Наша зрительная система воспринимает цвета благодаря улавливанию трех типов световых волн фиксированной длины, тот или иной оттенок складывается из соотношения интенсивностей этих волн. Такая особенность зрения человека, называемая трихроматией, связана с тем, что сетчатка глаза (выстилка из нервных клеток, покрывающая его дно, которая улавливает свет и передает зрительную информацию в мозг) содержит три типа светопоглощающих пигментов, обеспечивающих цветовое зрение. Вследствие этого то, что мы воспринимаем как полный спектр цветов, на экранах телевизоров и мониторов составляется из определенного числа красных, зеленых и синих точек. Несмотря на то что среди приматов трихроматия обычна, для царства животных она не универсальна. Некоторые птицы, рыбы и рептилии имеют четыре зрительных пигмента и могут видеть в ультрафиолетовой части спектра, недоступной для зрения человека. У нескольких видов млекопитающих, ведущих преимущественно ночной образ жизни, в сетчатке есть только один пигмент. Подавляющее же большинство неприматов обладают дихроматическим зрением, при котором восприятие всех цветов осуществляется с помощью только двух зрительных пигментов. На этом фоне трихроматическое зрение приматов выглядит необычно. Как же оно возникло и развивалось? Недавние исследования в области генетики, молекулярной биологии и нейрофизиологии цветового зрения обезьян, полуобезьян и человека привели к несколько неожиданным результатам, а также предоставили совершенно удивительные сведения о гибкости мозга приматов.

Пигменты и их прошлое

Спектральную чувствительность трех зрительных пигментов, отвечающих за цветовое зрение человека, впервые попытались определить более 50 лет назад, и сейчас она достаточно хорошо изучена. Каждый пигмент способен поглощать свет из определенной части спектра и характеризуется длиной волны, которую поглощает наиболее эффективно. Пигмент, чувствительный к коротковолновой части спектра (S-пигмент), имеет максимум поглощения, соответствующий длине волны около 430 нм (1 нм = 10-9 м), пигмент, восприимчивый к волнам средней длины (М-пигмент), наиболее эффективно улавливает свет с длиной волны около 530 нм, а пигмент, чувствительный к длинноволновой части спектра (L-пигмент), имеет максимум поглощения, равный 560 нм. (Длина волны в 470, 520 и 580 нм соответствует оттенкам, которые обычный человек воспринимает как синий, зеленый и желтый, соответственно.) Эти пигменты представляют собой комплекс белка и светопоглощающего хромофора (производного витамина А) и содержатся в мембранах светочувствительных клеток - колбочек (нервные клетки сетчатки названы так за свою коническую форму). Поглощение света молекулой пигмента запускает каскад химических реакций, приводящих к возбуждению колбочек. Оно активирует другие нейроны сетчатки, которые в итоге передают сигнал по зрительному нерву в мозг.

Несмотря на то что спектр поглощения трех пигментов давно изучен, структура этих молекул была неизвестна до 1980-х гг., когда один из авторов (Натанс) идентифицировал гены, отвечающие за синтез зрительных пигментов человека. По строению ДНК этих генов была определена последовательность аминокислот, которые образуют каждый протеин пигмента. Анализ нуклеотидных последовательностей, составляющих гены пигментов, показал, что M- и L-пигменты почти идентичны. Дальнейшие исследования подтвердили, что различия в спектральной чувствительности между ними обеспечиваются замещением всего трех из 364 аминокислот, из которых состоит каждый из белков.

Эксперименты показали также, что гены M- и L-пигментов располагаются рядом друг с другом в Х-хромосоме (одной из двух половых хромосом человека; у мужчин имеется одна Х- и одна Y-хромосома, тогда как представительницы прекрасного пола имеют две Х-хромосомы). Такое расположение вполне ожидаемо, потому что, как известно, распространенная аномалия цветового зрения - красно-зеленая цветовая слепота - у сильного пола встречается гораздо чаще, чем у женщин, и характер наследования этого заболевания указывает на расположение отвечающих за это нарушение генов в Х-хромосоме. Ген, определяющий синтез S-пигмента, в отличие от двух других, располагается в седьмой хромосоме, и анализ его структуры показывает, что S-пигмент имеет весьма отдаленное родство с M- и L-пигментами.