Тетрахромазия

Тетрахромазия — это способность зрения различать четыре основных цвета, обусловленная наличием у организма четырёх типов колбочек — фоторецепторов сетчатки глаза, каждый из которых чувствителен к определённому диапазону длин волн света. В отличие от трихромазии (нормального цветового зрения человека, основанного на трёх типах колбочек), тетрахромазия позволяет воспринимать более широкий спектр цветовых оттенков, включая те, которые недоступны для большинства людей. Данное явление широко распространено среди некоторых видов животных, а у человека встречается крайне редко и является предметом научных исследований.

Физиологические основы

Цветовое зрение у позвоночных, включая человека, обеспечивается фоторецепторами — колбочками, расположенными в сетчатке глаза. Каждый тип колбочек содержит светочувствительный пигмент (опсин), который максимально поглощает свет определённой длины волны. У человека с нормальным трихроматическим зрением имеется три типа колбочек: S-тип (чувствительный к коротковолновому синему свету, с пиком около 420 нм), M-тип (средневолновый зелёный, пик около 530 нм) и L-тип (длинноволновый красный, пик около 560 нм). Комбинация сигналов от этих трёх типов позволяет различать миллионы цветовых оттенков.

Тетрахромазия предполагает наличие четвёртого типа колбочек с отличным от трёх стандартных спектром поглощения. Это расширяет цветовое пространство, позволяя различать дополнительные градации, например, в ультрафиолетовой или инфракрасной областях, а также более тонкие различия между оттенками, которые для трихромата выглядят одинаковыми. Теоретически, тетрахромат может воспринимать до 100 миллионов цветовых оттенков, тогда как трихромат — около 1 миллиона.

Тетрахромазия у животных

Тетрахромазия является нормой для многих видов животных, особенно для птиц, рептилий, амфибий и некоторых насекомых. У них четвёртый тип колбочек часто чувствителен к ультрафиолетовому (УФ) излучению, что даёт эволюционные преимущества.

Птицы

Большинство птиц (например, голуби, утки, попугаи) обладают тетрахроматическим зрением. Их сетчатка содержит четыре типа колбочек, чувствительных к красному, зелёному, синему и ультрафиолетовому свету. УФ-чувствительность позволяет птицам:

• Различать оперение сородичей, которое в УФ-диапазоне может иметь уникальные узоры, невидимые для человека.
• Ориентироваться по поляризованному УФ-свету.
• Находить пищу (например, ягоды или насекомых, отражающих УФ).

Рептилии и амфибии

Многие рептилии (например, черепахи, ящерицы) и амфибии (лягушки) также имеют тетрахроматическое зрение. У них четвёртый тип колбочек может быть чувствителен к УФ или к красному свету, что помогает в охоте, спаривании и навигации.

Насекомые

У насекомых, таких как пчёлы и бабочки, цветовое зрение часто основано на трёх или четырёх типах фоторецепторов, включая УФ-чувствительные. Пчёлы, например, видят ультрафиолетовые узоры на цветах, которые направляют их к нектару.

Млекопитающие

Среди млекопитающих тетрахромазия встречается редко. Большинство млекопитающих — дихроматы (два типа колбочек) или трихроматы. Исключением являются сумчатые (например, опоссумы) и некоторые грызуны, у которых обнаружена тетрахромазия. У приматов, включая человека, тетрахромазия является редкой мутацией.

Тетрахромазия у человека

У человека тетрахромазия — это аномалия, связанная с генетическими вариациями, которые приводят к появлению четвёртого типа колбочек. Она встречается преимущественно у женщин, что обусловлено механизмом наследования генов опсинов.

Генетика

Гены, кодирующие опсины для M- и L-типов колбочек, расположены на X-хромосоме. У мужчин (XY) есть только одна X-хромосома, поэтому они могут иметь только один вариант M- или L-опсина. У женщин (XX) две X-хромосомы, и в каждой из них может быть разный вариант гена. В результате у некоторых женщин может быть четыре типа колбочек: S-тип (на аутосоме), а также два разных варианта M- или L-типа (например, один с пиком 530 нм, другой — 560 нм) и ещё один вариант, полученный от второй X-хромосомы. Теоретически, это может дать четыре типа колбочек, но для практической тетрахромазии необходимо, чтобы все четыре типа были функциональны и передавали сигналы в мозг.

Распространённость

Точная распространённость тетрахромазии у человека неизвестна. По оценкам, до 12% женщин могут быть носителями генетических предпосылок для тетрахромазии (например, иметь четыре типа колбочек), но лишь у небольшой части из них это проявляется в виде реального улучшения цветоразличения. Исследования показывают, что у многих таких женщин четвёртый тип колбочек может быть неактивен или подавлен, и они остаются трихроматами.

Симптомы и диагностика

Люди с тетрахромазией, как правило, не осознают своего отличия, так как их зрение кажется им нормальным. Однако они могут демонстрировать повышенную чувствительность к цветовым различиям, особенно в зелёно-красной области спектра. Диагностика проводится с помощью специальных тестов, таких как:

• Тест на цветоразличение Фарнсворта-Манселла (Farnsworth-Munsell 100 Hue Test): тетрахроматы набирают значительно меньше ошибок, чем трихроматы.
• Спектрофотометрия: измерение поглощения света колбочками.
• Генетический анализ: выявление мутаций в генах опсинов.

Известные случаи

Первый подтверждённый случай тетрахромазии у человека был описан в 2010 году британскими учёными под руководством Габриэлы Джордан (Gabriele Jordan) и Джона Моллона (John Mollon). У женщины, известной как cDa29, были обнаружены четыре типа колбочек, и она показала способность различать цвета, недоступные для трихроматов. С тех пор было выявлено ещё несколько случаев, но все они остаются единичными.

Эволюционное значение

Тетрахромазия у животных, вероятно, возникла как адаптация к среде обитания. УФ-чувствительность помогает птицам и насекомым в поиске пищи, ориентации и коммуникации. У человека тетрахромазия не имеет очевидного эволюционного преимущества, так как человеческое зрение уже хорошо адаптировано к дневному свету и цветовому разнообразию. Однако она может быть побочным продуктом генетического разнообразия, сохраняющегося в популяции.

Критика и спорные вопросы

В научном сообществе существуют разногласия относительно тетрахромазии у человека. Некоторые исследователи ставят под сомнение, что наличие четвёртого типа колбочек автоматически приводит к улучшению цветоразличения. Мозг человека, привыкший к трёхканальной обработке цвета, может не использовать дополнительную информацию. Кроме того, у многих женщин с четырьмя типами колбочек четвёртый тип может быть неактивен из-за подавления экспрессии генов. Таким образом, истинная тетрахромазия, вероятно, является крайне редким явлением.

Интересные факты

• У некоторых видов креветок-богомолов (Stomatopoda) обнаружено до 16 типов фоторецепторов, что делает их обладателями самого сложного цветового зрения в животном мире. Однако это не тетрахромазия в классическом смысле, так как обработка сигналов у них происходит иначе.
• В 2018 году группа учёных из США и Великобритании разработала метод, позволяющий «включать» тетрахромазию у мышей, вводя им ген человеческого опсина. Это открывает перспективы для изучения механизмов цветового зрения.
• Тетрахромазия у человека иногда упоминается в популярной культуре как «суперзрение», но научные данные указывают на то, что её практическая польза ограничена.

Источники

• Jordan, G., & Mollon, J. D. (2010). "Tetrachromacy in humans: a case study."
• Jacobs, G. H. (2009). "Evolution of colour vision in mammals."
• Bowmaker, J. K. (1998). "Evolution of colour vision in vertebrates."
• Neitz, J., & Neitz, M. (2011). "The genetics of normal and defective color vision."
• "Tetrachromacy" — статья в журнале Nature Reviews Neuroscience (2012).