Не каждый человек является приматом с трихроматичным зрением. У людей, страдающих дальтонизмом (или цветовой слепотой), формируются два полностью функциональных типа колбочек и одна мутировавшая версия, не способная различать красный или зеленый цвета. Это не означает, что дальтоники видят все черно-белым, просто они не могут различать столько оттенков, сколько человек, имеющий три полностью функциональных типа колбочек. Такие люди дихроматичны и видят вокруг себя ограниченное число оттенков, словно смотрят глазами собаки или медведя гризли.
Цветовая слепота намного чаще встречается у мужчин, так как гены, контролирующие образование цветовых пигментов, расположены в X-хромосоме. У мужчин есть только одна X-хромосома. Другая половая хромосома у мужчин, Y-хромосома, никак не влияет на цветовое зрение. Имея лишь одну X-хромосому с геном цветовой слепоты, мужчины не могут опереться на другую X-хромосому, как женщины. У меня были десятки студентов-парней, страдавших дальтонизмом, и лишь одна студентка-дальтоник, имеющая дефектную копию гена в обеих X-хромосомах. Цветовая слепота особенно распространена среди мужчин североевропейского происхождения и затрагивает почти 10 % представителей этой группы. На моей первой работе преподавателем в очень небольшом колледже на севере штата Висконсин (где многие люди имеют североевропейские корни) большое количество мужчин из преподавательского состава страдали дальтонизмом. Я был единственным, кто мог видеть весь цветовой спектр во всем его великолепии.
История цветовой слепоты принимает интересный оборот, если взглянуть на дочерей мужчин с дальтонизмом. Такие женщины на самом деле обладают четырьмя разными типами колбочек. Предположим, что мутировавшая колбочка в данном случае зеленая. У женщины с отцом-дальтоником будут две копии красной колбочки (по одной от каждого родителя), две копии синей колбочки (вновь по одной от каждого родителя), одна копия нормальной зеленой колбочки (от матери) и одна копия мутировавшей зеленой колбочки (от отца). Получается четыре разных типа колбочек: нормальная красная, нормальная синяя, одна нормальная и одна мутировавшая зеленая. Такая женщина теоретически тетрахроматична, как белоголовый орлан или игуана.
Идея о том, что могут существовать тетрахроматические женщины с исключительным цветовосприятием, была впервые высказана в 1940-х годах, но не получала должного экспериментального изучения до недавнего времени. Исследователи из Университета Ньюкасла создали изображения, которые выглядели бы одинаково для трихроматичных наблюдателей, но отличались бы для тетрахроматичных[44]. Они обследовали 24 женщины, чьи отцы страдали цветовой слепотой, и подвергли их серии испытаний. Одна за другой женщины оказывались трихроматиками, неспособными различать цвета помимо ожидаемых от людей с нормальным цветовым зрением. Тем не менее одна женщина, указанная в исследовании как субъект cDa29, смогла пройти все предложенные исследователями тетрахроматические тесты. Они обнаружили первого в мире функционально тетрахроматичного человека. На данный момент ученые не знают, почему все четыре типа пигментов у этой женщины остались активными, в отличие от других 23 представительниц женского пола, чья мутировавшая колбочка неактивна, как и у мужчин, страдающих цветовой слепотой. Кроме того, никому не известно, сколько еще существует подобных cDa29. Вероятно, много, учитывая, что от мужчин-дальтоников произошли миллионы женщин. Даже если только одна из каждых двух десятков женщин функционально тетрахроматична, это все равно будет означать, что очень многие женщины обладают исключительным цветовым зрением.
Благодаря четырем функциональным цветовым фотопигментам испытуемая cDa29, рептилии и птицы способны видеть такие оттенки цвета, которые люди с трихроматическим зрением даже не могут себе представить. Мне бы хотелось поговорить с cDa29 и попросить ее объяснить, как для нее выглядит мир. Подозреваю, что для такого скромного трихроматика, как я, это не имело бы особого смысла. В конце концов, какими словами можно описать оттенки цвета тому, кто не способен их видеть? Все точки отсчета – это иные оттенки цвета, которые обычные люди не способны видеть. Это все равно что пытаться описать красоту радуги собаке. У меня бывали подобные разговоры с некоторыми из моих студентов, страдающих дальтонизмом, и, поверьте мне, вы ничего не добьетесь.
Для меня наиболее интересные аспекты человеческого цветового зрения связаны с оттенками, которые мы видеть не способны. Наша анатомия ограничивает нас довольно узким диапазоном, тогда как многие другие виды животных способны видеть более широкую часть электромагнитного спектра. Эта способность давно признана у медоносных пчел. Лучшим знатоком медоносных пчел был австрийский этолог Карл фон Фриш, продемонстрировавший в начале XX века посредством серии весьма элегантных экспериментов восприятие ультрафиолетового (УФ) света медоносными пчелами. Как выяснилось, некоторые цветы, например, черноглазая Сьюзан (Rudbeckia hirta), имеют видимые для медоносных пчел узоры УФ-отражения, совершенно неразличимые для человека. Такие узоры служат указателями нектара и действуют как центр мишени, помогая пчелам нацеливаться на определенные части цветков. Цветы от этого получают выгоду, потому что пчелы уносят с собой пыльцу, которую затем переносят на следующий цветок.
Должен сказать, что эти узоры совершенно невидимы для большинства людей. Во время учебы в аспирантуре я услышал от своего научного руководителя историю об ультрафиолетовом зрении у людей. Моим руководителем в аспирантуре был блестящий натуралист по имени Том Эйснер, построивший долгую и выдающуюся карьеру химика-эколога в Корнелльском университете[45]. Том был также весьма опытным фотографом. Он опубликовал большинство оригинальных исследований, показывающих на цветах ультрафиолетовые узоры[46][47]. В какой-то момент, задолго до нашей встречи, его отец перенес операцию по удалению катаракты, а после восстановления с помощью новых синтетических линз, к большому удивлению, смог разглядеть ультрафиолетовые узоры на цветах!
Эта история показывает, что наша неспособность видеть УФ-излучение связана не столько со светочувствительными пигментами, сколько с фильтрацией света нашими хрусталиками. Фиолетовый фотопигмент (обычно называемый синим, с пиковым поглощением 420 нанометров) способен вызывать генерацию сигнала на УФ-излучение, направляемого в мозг для интерпретации. Однако хрусталики человека обычно отфильтровывают ультрафиолетовый свет и не позволяют ему достичь колбочек сетчатки. Мы думаем, что слепы к ультрафиолету, потому что наше тело не дает возможности его воспринимать. Когда в 1970-х годах отцу Тома сделали операцию по удалению катаракты, не все используемые при таких операциях синтетические линзы отфильтровывали УФ-лучи. Без естественных светофильтров он был способен воспринимать особенности отражения ультрафиолета от некоторых цветов.
В подобной ситуации оказался и французский художник-импрессионист Клод Моне. В конце жизни он боролся с катарактой, и в 82 года ему удалили один из хрусталиков. Операцию провели в начале 1920-х, почти за 30 лет до первой имплантации искусственного хрусталика в 1949 году. После операции Моне, как и отец Тома, смог видеть ультрафиолетовые лучи глазом без хрусталика. Последние несколько лет своей жизни (художник умер в 1926 году) он писал с особой точки зрения, доступной, вероятно, очень немногим другим художникам. Искусствоведы спорят, повлияло ли это каким-либо существенным образом на его творчество. Если отсутствующий хрусталик действительно имел влияние, то, похоже, учитывая слепоту к УФ-отражению у большинства людей, послеоперационные картины могут по-настоящему оценить только медоносные пчелы, получившие образование в области истории искусства. Или же, учитывая недавние открытия, шедевры позднего периода жизни Моне, вероятно, смогли бы оценить любящие искусство собаки. Давно известно, что медоносные пчелы, птицы с трихроматическим зрением и рептилии способны видеть ультрафиолетовые узоры. Последние данные свидетельствуют о том, что многие млекопитающие также могут быть чувствительны к УФ-излучению[48]. Почти 60 % ультрафиолета способно пройти сквозь хрусталик домашней кошки, а у собаки это значение превышает 60 %. Показатель снижается у крупного рогатого скота и оленей, а у приматов полностью падает. У большинства приматов до сетчатки доходит менее 10 % УФ-излучения, а у многих, как и у людей, оно полностью блокируется.
Почему хрусталики приматов эволюционировали так, чтобы отфильтровывать ультрафиолет? (Я хочу видеть эти узоры на цветах!) Моя инстинктивная реакция как биолога заключается в том, чтобы объяснить это с точки зрения повреждения ДНК. Мы знаем, что чрезмерное ультрафиолетовое облучение очень вредно: люди страдают от разнообразных типов рака кожи из-за воздействия ультрафиолета. Вполне логично, что человеческий хрусталик эволюционировал так, чтобы защищать сетчатку, отфильтровывая потенциально вредное УФ-излучение. Эту гипотезу было легко принять до недавнего открытия широко распространенной чувствительности млекопитающих к ультрафиолетовому свету.
Хотя фильтрация ультрафиолета может обеспечить определенную степень защиты[49], согласно другой гипотезе (не исключающей при этом защиту), предполагается, что человеческие хрусталики работают, как горнолыжные очки. Хорошие горнолыжные очки пропускают достаточно света, предоставляя лыжнику гораздо лучший контраст и четкость в сравнении с катанием без очков. Мутации, обеспечивающие выработку в хрусталике молекул, осуществляющих фильтрацию, сохранились в линии приматов с тех пор, как мы стали вести дневной образ жизни. Согласно этой новой гипотезе, отфильтровывая УФ-излучение, мы можем видеть более четко как при взгляде вдаль, так и вблизи.