Старый философский вопрос

Восприятие — одна из самых сложных научных тем. Можно долго спорить насчет статистических методов, политики или экономики и в итоге прийти к общему мнению, но вот поделиться собственным ви́дением, личным восприятием каждого объекта практически невозможно.

Любой орган восприятия состоит из трех принципиально различных частей. Первая часть — это рецептор. Рецептор может быть представлен специализированным органом (таким как глаз) или россыпью нервных окончаний (тактильные рецепторы кожи). Вторая составляющая органа восприятия — это проводящий путь: нервные волокна собираются в крупные нервы, по которым сигнал передается в центральную нервную систему. Отдел центральной нервной системы, отвечающий за восприятие поступающей информации — это третья и последняя часть. За первичную обработку поступающих в мозг зрительных сигналов отвечает затылочная кора.

У каждого из нас воспринимаемый мир формирует определенную «картинку» в голове, наши личные отношения с окружающим пространством. Бόльшая часть этой информации настолько плохо передается словами, что возникает вопрос, как люди вообще могут понимать друг друга? Особенно хорошо эту ситуацию иллюстрируют цвета: например, недавняя история с определением цвета платья (рис. 1). Другой пример — это известное философское рассуждение. Вы — человек с нормальным зрением и воспринимаете красный цвет как красный. У вас есть друг, который с детства видит зелеными все объекты красного цвета и наоборот. Как вы и ваш друг сравните собственные восприятия? Как вы передадите ему своё ощущение красного цвета и увидите его восприятие красного в виде зеленого? На самом деле эти вопросы принципиально неверны. Самый главный вопрос, который стόит задать себе в этой ситуации — а нужно ли вообще здесь что-то кому-то объяснять? Вы друг друга прекрасно понимаете, называя один и тот же цвет одинаковым словом. Да, он видится вам по-разному, но имеет ли это значение, если у вас не возникает разногласий? Конечно, не имеет, но что делать двум влюбленным в магазине с платьем розового (или нежно-кораллового) цвета?

Сложный орган

Глаз является одним из самых сложных органов (рис. 2, 3). Начнем с того, что сетчатка глаза у людей... вывернута наизнанку. Было бы логично, чтобы клетки, воспринимающие изображение, находились ближе всего к источнику света, но природа распорядилась иначе. Свет, пройдя через роговицу, хрусталик и стекловидное тело, падает на рецепторные клетки не сразу, а лишь пройдя еще через несколько слоев различных клеточных образований. Рецепторы сетчатки всем нам известны под двумя названиями — палочки и колбочки. Если говорить простым языком, то палочки обладают большей светочувствительностью и отвечают за зрение в темное время суток, а колбочки позволяют нам различать цвета. Колбочки делятся на три типа — S, M и L. S-тип — колбочки, воспринимающие коротковолновый (short) свет, оттенки синего и фиолетового цветов. M-тип отвечает за волны со средней длиной (medium), зеленый и желтый цвета. L-тип (long) — это колбочки, настроенные на восприятие желтого и красного цветов. Цветовые спектры, к которым чувствительны фоторецепторные клетки, перекрываются (рис. 4). Кроме этого на сетчатке существует так называемое желтое пятно — область максимального скопления колбочек. В той части изображения, которая попадает на желтое пятно, цвета воспринимаются максимально разнообразно.

Из рецепторных клеток сигналы идут в другие клетки сетчатки, а затем в сетчатке формируются зрительные нервные волокна, которые должны как-то ее покинуть, чтобы направиться дальше в мозг. Они покидают сетчатку, образуя на ее поверхности большое скопление, полностью лишенное возможности воспринимать изображение. Это образование называется слепым пятном. Выйдя из глаза, нервы устремляются вглубь черепа, где происходит их частичный перекрест, и изображение от правых зон полей зрения и правого, и левого глаза идет в правое полушарие, а от левых — в левое (рис. 5).

Бедные мужчины и цветовое разнообразие

Как уже говорилось выше, колбочки бывают S-, M- и L-типов. Соответствующие им зрительные белки — опсины — кодируются генами, расположенными на двух хромосомах. Структура S-белка зашифрована на 7-ой хромосоме, а структура M- и L-белков — на половой X-хромосоме. Гены, кодирующие эти белки, соответственно называются OPN1SW («синий ген»), OPN1MW («зеленый ген») и OPN1LW («красный ген») [1]. «Цветовое» обозначение генов в скобках дано для удобства, чтобы не перегружать ум читателя, и является выдумкой автора. Кроме того, что зеленый и красный ген находятся на одной хромосоме, они еще и совпадают по нуклеотидному составу на 98%. Это может указывать на то, что красный и зеленый гены появились путем дупликации одного исходного гена*. С синим геном эти два брата-близнеца схожи на 40%. Мутации красного и зеленого генов приводят к изменениям восприятия соответствующих цветов. Нарушение цветового зрения называется дальтонизмом (в честь английского естествоиспытателя Джона Дальтона). Несмотря на его наблюдательность и пытливый ум, этот джентльмен только к 26 годам узнал, что плохо различает оттенки красного цвета. Двое из трех его братьев также страдали этим расстройством.

* — Собственно, дупликации — «краеугольный камень» эволюции зрительной системы (и не только ее): «Откуда пошло зрение» [2]. — Ред.

Дальтонизм намного чаще встречается у мужчин, чем у женщин. Этот факт объясняется тем, что гены цветовых рецепторов находятся на Х-хромосоме. Женщины обладают двумя такими хромосомами, а мужчины всего одной. Представим себе ситуацию: у женщины на одной из Х-хромосом находится дефектная копия красного гена. В норме на первых этапах эмбриогенеза у женщин в каждой соматической клетке одна из Х-хромосом инактивируется, выбор для этого процесса отцовской или материнской хромосомы у млекопитающих случаен [3]. У всего потомства исходной клетки (но не у разных клеточных линий) будет инактивирована одна и та же X-хромосома. Соответственно, из цикла синтеза рецепторного белка может быть выключена любая хромосома — с дефектным или нормальным геном. В итоге окажется, что количество дефектных и нормальных опсинов будет приблизительно равным, и нарушения цветового зрения не произойдет (или оно будет компенсировано). У мужчин, обладающих одной X-хромосомой, такой «генной» подстраховки нет, и их цветовое зрение может оказаться серьезно нарушенным. В дополнение ко всему женщина, на X-хромосоме которой расположена дефектная копия гена, передаст ее своим детям и внукам*.

* — Подобным образом получают в наследство и куда более неприятные состояния, чем дальтонизм: «Сводка с генотерапевтических фронтов. Новая стратегия нейтрализации гемофилии» [4]. — Ред.

Кроме мутаций, грубо нарушающих работу белка, существуют и мелкие мутации, которые лишь немного меняют его свойства. Такие точечные мутации встречаются и в опсинах [5]. Замена аланина на серин в структуре зрительных белков, чувствительных к красному и зеленому цветам, приводит к тому, что колбочки M- и L-типов начинают по-разному реагировать на одни и те же оттенки. Так как красный и зеленый гены находятся на X-хромосоме, то женщины получают преимущество над мужчинами. Механизм аналогичен защите от дальтонизма, но вместо страховки женщины получают возможность обладать аланиновым и сериновым вариантами опсинов. Это может привести к тому, что там, где мужчина видит один цвет, женщина способна разглядеть более тонкие оттенки. Кроме этого у женщин лучше развито периферическое цветовое зрение [6].

Различия между мужчинами и женщинами во многом обусловлены социальными установками, но не стоит забывать, что в основе некоторых из них могут лежать биологические различия между полами. В следующий раз, когда вы будете спорить между собой по поводу цвета платья, вспомните, что вы действительно по-разному видите этот мир и что это не должно мешать вам быть вместе.

Литература

1. Nathans J., Thomas D., Hogness D.S. (1986). Molecular genetics of human color vision: The genes encoding blue, green, and red pigments. Science. 232, 193–202;
2. Откуда пошло зрение;
3. Lyon M.F. (1972). X-chromosome inactivation and developmental patterns in mammals. Biol. Rev. 47, 1–35;
4. Сводка с генотерапевтических фронтов. Новая стратегия нейтрализации гемофилии;
5. Neitz J., Neitz M., Jacobs G.H. (1993). More than three different cone pigments among people with normal color vision. Vision Res. 33, 117–122;
6. Murray I.J., Parry N.R.A., McKeefry D.J., Panorgias A. (2012). Sex-related differences in peripheral human color vision: A color matching study. J. Vis. 12, article 18..