September 19, 2021
ТЕТРАХРОМАТИЯ
Надо сказать, что мы впервые прочитали про тетрахроматию в очень грамотном переводе одной интересной статьи, который хотелось бы привести здесь первым. Итак:
~ HOW DO HUMANS SEE THE COLORS ?? ~
За цветное зрение отвечают рецепторы опсины, находящиеся в светочувствительных клетках — колбочках. Люди, в основном, обладают трехцветным зрением. Это значит, что в геноме человека закодированы опсины трех разных типов. Вот эти типы: опсины, чувствительные в области длинных волн (Long Wavelength Sensitive, LWS, 560 нм, красный цвет), чувствительные в области волн средней длины (Middle Wavelength Sensitive, MWS, 530 нм, зеленый цвет) и чувствительные в области коротких волн (Short Wavelength Sensitive, SWS, 414 нм, фиолетовый, синеватый). Число означает длину в нанометрах волны фотона, который с наибольшей вероятностью вызывает срабатывание рецептора и передачу нервного импульса в мозг. Все богатство оттенков, которые видит человек, обеспечивается совместной работой этих трех типов опсинов.
Считается, что очень отдаленные позвоночные предки современных млекопитающих обладали четырехцветным зрением. Два типа рецепторов были утрачены предшественниками млекопитающих где–то во времена динозавров, по–видимому, в связи с ночным образом жизни. В колбочках, отвечающих за дневное зрение, остались только рецепторы к красному цвету и к ультрафиолету.
Рецептор, воспринимающий зеленый цвет, получился в результате дупликации гена красного рецептора. В нем произошли некоторые мутации, но даже сегодня у человека эти два типа рецепторов отличаются так незначительно, что до сих пор не удается получить антитела, которые специфично окрашивали бы только один из них (взаимодействие белка с антителом осуществляется на основании сходства их поверхностей). Оба гена, кодирующих эти рецепторы, находятся в X–хромосоме. Поскольку у женщин две X–хромосомы, а у мужчин одна, мутации в соответствующих генах гораздо чаще становятся причиной цветовой слепоты (дальтонизма) у мужчин, чем у женщин. По одной из теорий, умение отличать красный цвет от зеленого оказалось эволюционно очень выгодно, поскольку позволяло легко разглядеть спелые плоды в зеленой листве.
В последнее время стали высказываться предположения, что из–за такого кодирования красного и зеленого рецепторов у некоторых женщин может наблюдаться даже четырехцветное зрение (тетрахроматия). В одном из генов может произойти мутация, и получится рецептор, возбуждаемый светом с длиной волны между красным и желтым. Поскольку каждого рецептора по две копии, замена одной приведет к тому, что в геноме будут закодированы все три рецептора. Ученым удалось найти одну женщину, которая действительно гораздо лучше обычного различала оттенки, у нее наблюдалась истинная функциональная тетрахроматия. Исследователи, правда, расходятся во мнении о том, насколько это частое явление.
Но вернемся к коротковолновому рецептору. У предков современных млекопитающих хрусталик пропускал ультрафиолетовый цвет, и имелся фоторецептор чувствительный к нежесткому ультрафиолету. Но в ходе эволюции у некоторых приматов, в частности у человека, хрусталик перестал пропускать фотоны с длиной волны короче 400 нм, и этот рецептор оказался не у дел. Люди, у которых отсутствует хрусталик, под действием ультрафиолета видят белесо–синий цвет. Это происходит потому, что ультрафиолет воздействует на все три рецептора (белый цвет как раз и получается при сложении красного, синего и зеленого), но на коротковолновой чуть сильнее.
Оказалось, что семь мутаций превращают бесполезный ультрафиолетовый рецептор в полезный, чувствительный к синему цвету. То есть мы можем быть уверены, что эти мутации в какой–то момент произошли, поскольку мы видим синий цвет, а ультрафиолет не видим. Происходили они в промежутке времени от 90 до 30 миллионов лет назад. Мы не знаем, однако, в какой последовательности они происходили. Дело в том, что сама по себе ни одна из этих мутаций не позволяет видеть синий цвет, а, чтобы закрепиться, мутация должна быть полезной. Или хотя бы не вредить, чтобы не быть немедленно выброшенной отбором.
Авторы статьи провели разносторонние исследования, чтобы установить, как именно выглядел путь превращения ультрафиолетового фоторецептора в синий. Превращения изучались на уровне теоретической химии, на генетическом и функциональном уровне. Семь произошедших последовательно мутаций дают 5040 (7!) возможных последовательностей. Авторы проанализировали их все. Часть комбинаций (примерно 80%) сразу оказалась невозможной. Теоретические исследования показали, что одна из мутаций должна обязательно происходить в конце цепочки преобразований, поскольку иначе нарушается взаимодействие белка с водой — канал, по которому должна поступать вода, оказывается перекрыт. Часть информации ученые получили, исследуя геномы промежуточных видов.
Остальную информацию пришлось получить, создавая варианты белков с различными наборами мутаций. В результате число возможных эволюционных траекторий удалось сократить до 335. Оказалось, что сдвиг оптимальной длины волны происходил постепенно: на 20 нм за первые 10 миллионов лет (это был все еще ультрафиолет), еще на 20 нм за следующие 5 миллионов, еще на 20 нм за следующие 30 миллионов и, наконец, на последние 20 за 15 миллионов лет. Последняя из этих стадий совпала по времени с формированием красного и зеленого пигмента в их современном виде.
Приматы не единственные, кто променял ультрафиолетовый фоторецептор на синий. Ранее учёные изучали тот же процесс у рыбы–сабли (Lepidopus fitchi), живущей на глубине 25–100 метров. Рыбе понадобилась всего одна мутация, чтобы перейти с ультрафиолета на синий цвет. Вероятно, это произошло из–за того, что среда обитания рыбы поменялась более резко, а среда обитания приматов менялась постепенно. Источник: Science - public page, 2016
Из этого исследования мы понимаем, что процесс, приведший к тому, что мы всё-таки можем любоваться красочным многообразием мира, был долгим и не простым. А кроме того, разобрались, почему женщины в массе своей тоньше чувствуют колористические оттенки.
Теперь же о тех самых дамах-тетрахроматах, а есть ли они в реалии?
В 2014 году корреспондент BBC future Дэвид Робсон пишет, называя опсины светочувствительными колбочками:
Когда Кончетта Антико водила своих учеников в парк на уроках рисования, она часто спрашивала их об оттенках цветов, мелькавших перед ее глазами. "Я говорила: посмотрите на свет на воде - видите, как тот камень отсвечивает розовым? Видите красный на кромке этого листа?" - вспоминает она. Ученики дружно кивали. И лишь годы спустя Антико узнала, что они просто не решались сказать правду: цвета, которые она различала так ясно, были для них невидимыми. Сейчас она знает, что таким образом у нее проявлялись признаки тетрахроматизма - редкой генетической аномалии, влияющей на развитие сетчатки глаза. Ее носители, подобно Антико, видят гораздо больше цветов, чем обычные люди. Взять обычную гравийную дорожку: она кажется нам скучной серой полосой, а для людей с тетрахроматизмом сияет, как витрина ювелирного магазина. "Камни, как я их вижу, светятся оранжевым, желтым, зеленым, синим и розовым, - говорит она. - Меня каждый раз поражает мысль о том, что другие этого не видят".
Людей с тетрахроматизмом очень мало, а Кончетта Антико представляет особый интерес: будучи художником, она способна передать свое восприятие. "Ее работы могут научить нас смотреть на мир по-новому", - говорит Кимберли Джеймсон из Калифорнийского университета США, долгое время изучавшая способности Антико. Возможно, художник даже способна объяснить людям, как увидеть то, что видит она.
Философы и ученые давно пытаются понять, все ли мы воспринимаем цвета одинаково. Раньше считалось, что особых различий между людьми в этом плане нет. Известно, что почти у всех на сетчатке есть три типа светочувствительных колбочек. Каждый из них реагирует на определенный волновой диапазон света. Воспринимаемый мозгом цвет объекта зависит от комбинации этих сигналов. Чувствительность колбочек может варьироваться от человека к человеку, но в целом восприятие цветов у всех людей должно быть примерно одинаковым. Предполагается, что исключением являются дальтоники, у которых не работает какой-либо тип колбочек. Имея пониженную чувствительность в определенных диапазонах, они могут с трудом различать, к примеру, красный и зеленый.
В теории возможен и обратный феномен: по некоторым оценкам, дополнительный тип колбочек способен добавить в восприятии обладателя сто оттенков к каждому цвету, воспринимаемому обычными людьми. Нам известны примеры из фауны: зебровые амадины (птицы из семейства вьюрковых) и золотые рыбки имеют четвертый тип колбочек, который позволяет им различать на первый взгляд совершенно одинаковые цвета. Около 20 лет назад Габриэль Джордан из Ньюкаслского университета и Джон Моллон из Кембриджа высказали предположение, что это может наблюдаться и у людей.
Джордан предполагает, что ген, отвечающий за красные и зеленые колбочки, содержится в Х-хромосоме. Поскольку у женщин две Х-хромосомы, теоретически они могут быть носительницами двух разных версий гена, отвечающих за восприятие различающихся частей видимого спектра. В комбинации с двумя другими, обычными колбочками, получается четыре разных типа - человек становится тетрахроматом. По этой причине считается, что аномалия может проявляться только у женщин - хотя исследователи не исключают, что мужчины тоже могут каким-то образом ее унаследовать.
На доказательство того, что тетрахроматы видят мир иначе, тем не менее, потребовалось два десятилетия. Нужная комбинация генов не так уж и редка - четыре типа колбочек может наблюдаться примерно у 12% женщин, но многие из тех, кого протестировала Джордан, не демонстрировали каких-то особенностей в цветовом восприятии. Однако к 2010 году ей удалось найти испытуемую, которая подошла под определение тетрахромата по всем параметрам. В своем главном тесте Джордан использовала диски, окрашенные смесью красок - к примеру, зеленой, полученной из смеси синей и желтой. Большинство людей не видели оттенков - диски казались им просто зелеными. Но каждая из смесей красок имела слегка отличающийся от других волновой диапазон, который должен быть различим тетрахроматом. Одна из испытуемых ни разу не ошиблась, сравнивая оттенки. "Для тетрахромата различить две смеси краски - не проблема. Они вообще не колеблются при ответе", - говорит Джордан.
Но как выглядят эти цвета? К сожалению, ценная испытуемая Джордан не дает интервью прессе. Но как только стало широко известно о "сверхчеловеческом зрении", о себе заявили еще несколько потенциальных тетрахроматов - которые, возможно, приоткроют нам завесу тайны. Одна из них - Морин Сиберг, журналист и писатель из Нью-Йорка, прошла генетический тест, услышав о феномене тетрахроматизма в подкасте. "Я никогда не могла сойтись с людьми во мнениях по поводу цветовых оттенков", - говорит она. К примеру, выбирая одежду, Сиберг замечала, что жакеты и юбки, предположительно одного и того же цвета, в ее восприятии жутко диссонировали - а этого никто больше не видел. Ее цветочувствительность озадачивала окружающих: однажды при ремонте дома она отвергла 32 образца краски, прежде чем нашла подходящий. "Бежевые тона были какими-то слишком желтыми и недостаточно голубыми, недостаточно холодными. А миндальные оттенки - слишком оранжевыми", - говорит она, вспоминая, в какое замешательство ее комментарии привели декораторов. Конечно, это всего лишь словесное описание, но на его основе можно предположить, насколько разными тетрахромату кажутся на наш взгляд одинаковые оттенки.
Похожая история и у Кончетты Антико, с которой начиналась эта статья. По ее словам, она всегда знала, что видит мир иначе, чем другие люди - и ее семья заметила это еще в раннем детстве. "Когда я была маленькой, мама мне говорила - ты будешь художницей и преподавателем живописи", - вспоминает она. Так оно и вышло - у Антико есть собственнаягалерея в Сан-Диего, в американском штате Калифорния, где она с помощью своего уникального зрения создает яркие, брызжущие цветами полотна. Взять, к примеру, картину с радужным эвкалиптом. "Тюбики с краской просто летали - я лихорадочно смешивала на палитре желтый, фиолетовый, ярко-зеленый, пытаясь показать все оттенки коры", - говорит художница. Если сравнить эту работу с реальным деревом, вполне можно поверить, что Антико видит больше, чем обычный человек. Глядя на ее картины, один из посетителей галереи предложил Антико связаться с исследователями, изучающими тетрахроматизм. Результаты генного теста были положительными, и она приняла участие в серии экспериментов Кимберли Джеймсон.
Исследовательница сразу предположила, что гены Антико могли дать ей обостренное ночное зрение. "Если посмотреть на ее рассветные картины, то видно, что она использует много цветов, когда изображает условия низкой освещенности", - говорит Джеймсон, поясняя, что в таких условиях люди обычно видят только оттенки серого. Это можно было бы счесть художественным замыслом - но Антико утверждает, что действительно видит цвета именно такими. Эксперименты Джеймсон подтвердили, что порог освещенности, при котором появляется цветовая чувствительность, у Антико ниже обычного. Повышенная восприимчивость цветов - не всегда благо. "Продуктовые магазины - это какой-то кошмар, - говорит она. - Со всех сторон валятся гигантские мусорные кучи цвета". Этим может объясняться ее любовь к чистым белым поверхностям. "Людям кажется странным, что мой любимый цвет - белый, но это просто понять: для моего зрения он очень спокойный и расслабляющий. В нем тоже много цвета, но он не режет глаз".
Не у всех тетрахроматов одинаково сильно выражена эта зрительная аномалия. Джеймсон выяснила, что восприятие Антико куда более обострено, чем у тех тетрахроматов, которые не имеют художественной подготовки: "В Кончетте идеально сошлись все параметры - у нее огромный опыт визуального восприятия, полученный за счет ежедневной работы с цветом". Если дальнейшие исследования пойдут успешно, Антико надеется разработать учебную систему, способную помочь детям с тетрахроматизмом реализовать их потенциал. Ее главная цель еще более серьезна: помочь всем нам увидеть мир иначе. Она утверждает, что некоторые из ее учеников начали замечать дополнительные оттенки, "будто с их глаз упала пелена". Конечно, без соответствующих генов полного тетрахроматического зрения получить не удастся - но, возможно, Антико и ей подобные могут помочь нам развить способность видеть различия в оттенках. Для Антико это еще и глубоко личная тема. По злой иронии судьбы, та самая генетическая аномалия, которая подарила ей суперзрение, вызвала у ее дочери дальтонизм. Возможно, когда-нибудь ученые найдут способ развивать в людях способность видеть мир как можно более ярко. "Вдруг мы, тетрахроматы, можем помочь тем, кому повезло меньше? - задается вопросом Антико. - Я бы хотела, чтобы все вокруг могли осознать, как прекрасен наш мир".
А мы, со своей стороны, хотели бы закончить цитирования еще одним пассажем, снова из интернета, и как и предыдущий - они из ссылок в статье в Вики. Приведу его на английском языке, но даже с базовым минимум владения им, становится понятно, что о числе 100 миллионов оттенков, которое так уверенно прозвучало на третьей минуте вот того самого ролика на youtube, что сподвиг меня собрать побольше материалов по любопытной теме "видения цветов" в одном месте, 100 миллионов - это математический расчет, но не практические измерения или диагностики.
It may be impossible for us trichromats to imagine what a four-color world would look like. But mathematics alone suggests the difference would be astounding, said Jay Neitz, a renowned color vision researcher at the Medical College of Wisconsin. Each of the three standard color-detecting cones in the retina — blue, green and red — can pick up about 100 different gradations of color, Dr. Neitz estimated. But the brain can combine those variations exponentially, he said, so that the average person can distinguish about 1 million different hues.