Джон Малоун - Нераскрытые тайны природы. Расширяющий кругозор экскурс в историю Вселенной с загадочными Большими Взрывами, частицами-волнами и запутанными явлениями, не нашедшими пока своего объяснения
Человеческий глаз является непосредственным органом мозга. Через роговую оболочку (своеобразное «окно» глаза) свет поступает на прозрачный хрусталик, фокусирующий его на сетчатку, которая представляет собой слой нервных клеток, устилающих дно глаза. Возникающий в сетчатке импульс по зрительному нерву поступает в мозг, где происходит кажущийся человеку мгновенным многоступенчатый процесс переработки и восприятия информации, достаточно сложный и до конца не понятый.
Гениальный Леонардо да Винчи, предсказавший развитие многих наук на века вперед, первым высказал идею о том, что сигналы, формируемые на сетчатке глаза, поступают оттуда в мозг, где и происходит формирование изображения. Эти сигналы имеют название sensus communis.
Как и во многих других случаях, и в этом Леонардо оказался прав, однако процессы в зрительной области коры головного мозга крайне сложны, и их природа остается малопонятной. Эта область разделена примерно на 20 участков, из которых подробно исследованы лишь некоторые (пока изучены лишь участки, непосредственно связанные с приемом сигналов). При этом выяснилось, что зрительное восприятие представляет собой сложный процесс, при котором поступающие сигналы анализируются, сравниваются и пересылаются по нервной системе для коррекции, прежде чем приобретут характер окончательных «образов» видимых предметов. Все эти процессы протекают столь быстро, что кажутся мгновенными, хотя под действием алкоголя или других факторов могут возникать определенные нарушения восприятия.
У других позвоночных (о зрении беспозвоночных мы знаем, в сущности, очень мало) эволюция привела к возникновению совершенно иных биологических механизмов. Как и следовало ожидать, зрительный аппарат приматов (в частности, человекообразных обезьян) весьма напоминает наш собственный. Впрочем, исследование механизмов зрения у других млекопитающих выявило много интересного и неожиданного. Например, оказалось, что жирафы, по-видимому, воспринимают красный и фиолетовый цвета, однако плохо различают зеленый, оранжевый и желтый. Многие млекопитающие (например, упоминавшиеся выше белки) страдают цветовой слепотой по отношению к красному и зеленому. Цветовое зрение собак весьма ограниченно, что в значительной степени компенсируется высокоразвитыми слухом и обонянием. Кошки различают цвета лучше собак, но видят их более слабыми и блеклыми. Можно наблюдать, как резко сокращаются зрачки у кошек при ярком свете, что объясняется небольшим количеством колбочек по отношению к палочкам в сетчатке их глаз. Поэтому кошки вынуждены предельно сокращать световой поток, в результате чего значительно ослабляется и цветовое восприятие. Различие механизмов зрения разных млекопитающих может быть значительным или ничтожным, но главное заключается в том, что для каждого из биологических видов мир выглядит по-своему. Эволюция буквально дала каждому виду существ свое собственное видение мира.
Эти различия возрастают при сравнении зрительного аппарата у существ разных видов. Однолинзовое зрение (которым обладают все млекопитающие, включая человека) обеспечивает четкое видение удаленных предметов (оно необходимо, чтобы издалека заметить хищника или добычу), в то время как составные, или фасеточные, глаза (которыми обладают многие беспозвоночные) позволяют четко различать лишь достаточно близкие предметы. Впрочем, так называемый большой морской краб и некоторые другие существа имеют глаза смешанного типа, а упомянутые выше черви — лишь светочувствительные пятна на коже. Составные глаза формируются из разного количества крошечных линз (от десяти у божьей коровки до нескольких тысяч у пчелы), что позволяет пчеле видеть детали строения цветка, которые мы можем заметить только под микроскопом. Эксперименты выявили, что большинство летающих насекомых не только видят мир «в цвете», но некоторые бабочки воспринимают более широкий диапазон цветов, нежели остальные существа! Возможно, именно подобное цветовое зрение некоторых летающих насекомых непосредственно связано с поразительным фактом, который состоит в том, что развитие многих насекомых происходит согласованно или одновременно с развитием цветущих растений. Мы вернемся к этому вопросу позднее в данной главе.
Весьма необычные механизмы зрения эволюция выработала у существ, живущих в морской глубине. Дело в том, что рассеяние фотонов на молекулах воды приводит к возникновению своеобразного сияния. Кроме того, толща воды действует как светофильтр, и с увеличением глубины из спектра постепенно исчезают многие частоты; так, на глубине 15 метров полностью поглощаются ультрафиолетовое и инфракрасное излучения (впрочем, человек их все равно не воспринимает), а глубже проникают лишь фотоны сине-зеленой части спектра (именно поэтому ныряльщик в глубине моря видит, что его кровь окрашена в зеленый цвет). Рыбы с ярко-красной окраской на глубине будут казаться нам серо-синими. Наиболее древние семейства рыб (например, акулы и глубоководные скаты, существующие уже много миллионов лет) имеют не костный, а хрящевой скелет и отличаются полным отсутствием цветового зрения. Более поздние, так называемые костные рыбы способны различать цвета. Это может выглядеть странным, поскольку все глубоководные рыбы кажутся серо-синими, но следует учитывать, что речь идет о видимом нами цвете. Рыбы обладают чувствительной зрительной системой в серо-сине-зеленой части спектра, что позволяет им улавливать даже тончайшие оттенки, недоступные нашему зрению. Еще раз отметим, что эти существа живут в ином мире с непостижимой для нас цветовой гаммой.
Наконец, следует вспомнить о птицах, яркая и необычная окраска которых тоже часто поражает и восхищает нас. Читателя, возможно, удивит тот факт, что крошечные тропические птички колибри вообще не имеют окраски! Перья колибри серого цвета, а их удивительная окраска возникает только при очень быстрых взмахах крыльев, когда лучи света преломляются на тонких полупрозрачных (но совершенно серых!) перьях, что и создает оптический эффект, воспринимаемый как радужное мерцание. Этот замечательный цветовой эффект, в сущности, абсолютно иллюзорен, и благодаря процессам формирования цвета в нашем зрительном аппарате мы видим то, чего нет в действительности. Кроме того, некоторые птицы отличаются поразительной зоркостью. Например, глаз ястреба по остроте зрения превосходит глаз человека в восемь раз. Сложные по своему устройству глаза птиц часто занимают значительную часть объема их черепа, не оставляя тем самым много места мозговому аппарату. Представление о «мудрых» совах (известна английская поговорка wise as an owl, мудрый как сова) обусловлено всего лишь привычкой этих птиц долго сидеть неподвижно с важным видом. Как отмечалось в гл. 11, небольшой размер мозга не препятствует миграционным перелетам птиц протяженностью в тысячи километров. Однако следует отметить, что эволюция зрения птиц происходила за счет развития их мозга.
Человек является биологическим видом, у которого сильное цветное зрение (мы уступаем в этом смысле лишь птицам и некоторым насекомым в определенных диапазонах спектра) сочетается с высокоразвитым мозгом. Чем можно объяснить это уникальное сочетание? Пока нельзя ответить на этот вопрос, поскольку мы очень плохо представляем себе процессы, происходящие в соответствующих участках коры больших полушарий. Однако специалисты по зрению и биологи-эволюционисты почти единодушно считают, что зрение и мозг человека развивались взаимосвязанно и параллельно. По-видимому, острота зрения и способность цветового восприятия приматов эволюционировали скачкообразно, и каждый шаг, в свою очередь, стимулировал увеличение объема головного мозга и его возможностей переработки всевозрастающего объема информации. С другой стороны, развитие мозга могло приводить к дальнейшему усложнению зрительной системы. В каком-то смысле параллельное развитие зрения и мозга похоже на упомянутую выше связь между эволюцией необычного цветового зрения бабочек и цветением определенных растений. В обоих случаях мы имеем дело со взаимным влиянием двух совершенно разных форм жизни. Однако в случае приматов такое взаимодействие происходило внутри единого организма. Процесс продолжался миллионы лет, и последний этап ускоренного развития головного мозга человека, без сомнения, был связан со многими другими важными факторами, из которых следует особо выделить переход к прямохождению. По мере того как человек постепенно «вставал на ноги», его зрительная система также развивалась, помогая освоиться в новом состоянии.
Однако остается вопрос, вынесенный в заголовок главы. Что же представляет собой, в сущности, красный цвет? В какой степени то, что кровь красная, а листья — зеленые, связано со спецификой работы мозга при обработке световых сигналов? Можем ли мы с уверенностью утверждать, что кровь, листья и другие объекты имеют собственный, присущий им цвет? В противном случае почти всё видимое было бы лишь иллюзией подобно радужной окраске колибри, которая на самом деле обусловлена восприятием световых потоков. В конечном счете мы видим отраженные предметами световые волны. Поэтому в нашем мире трава выглядит зеленой. Однако будет ли она зеленой для космического пришельца, высадившегося на нашей планете? Ведь зрение пришельца может формировать увиденное совершенно иным образом, поскольку его глаза, возможно, возникли и развились, например, в иной планетарной системе с двумя солнцами. Не покажется ли ему трава темно-синей или даже красной?
