Нераскрытые тайны природы

Глава 12. Что такое красный цвет?

Представим себе, что аквалангист, плавающий в окрестностях кораллового рифа, неосторожно ободрал локоть об острый выступ коралла. Рана не опасна, но из нее сочится кровь. Пловец с удивлением видит, что кровь имеет зеленый цвет.

А вот июньский лес на северо-востоке США со всеми оттенками зеленого цвета в ярком солнечном свете. Среди зеленых листьев вдруг появляется прыгающая по ветвям белка. Белке листья вовсе не кажутся зелеными. Она воспринимает листья как красные и желтые.

Что же происходит? Насколько нам известно, кровь всегда имеет красный цвет, а июньская листва в северном полушарии окрашена в различные оттенки зеленого и станет желтой или красной лишь осенью, в пору увядания, когда наступят холода. Естественно, возникает вопрос о том, действительно ли листья имеют зеленый цвет или он существует лишь в нашем воображении? Другими словами, обладают ли листья собственной окраской, изменяющейся лишь в зависимости от сезона, или это наш мозг «приписывает» им некий цвет?

Есть старая философская шутка-загадка: можно ли говорить о шуме падающего дерева в лесу, где нет никого, кто мог бы его услышать? Аналогично можно спросить о том, остается ли листва летом именно зеленой, если ее никто не видит? Выше уже упоминалось, что белки, например, видят листья только красными или оранжевыми. На самом деле общая картина выглядит даже сложнее, поскольку некоторые люди страдают так называемым дальтонизмом и их глаза не воспринимают зеленый цвет достаточно четко. Абсолютный дальтонизм, т. е. полностью монохроматическое зрение, при котором человек видит лишь белый и черный цвета или оттенки серого (как в черно-белых кинофильмах), — довольно редкое заболевание, но другие нарушения цветового восприятия (например, аномолопия, т. е. неспособность различать красный и зеленый цвета) достаточно распространены. Согласно статистике, в Европе и США примерно каждый из двенадцати мужчин страдает какой-либо формой цветовой слепоты. Эти нарушения обычно генетически обусловлены и проявляются именно у мужчин (среди женщин такие нарушения встречаются лишь у одной из двухсот). Впрочем, даже у человека с нормальным зрением могут существовать проблемы с цветовым восприятием, поскольку оно связано с опытом, названием цветовых оттенков и т. п. Известно, что многие дети с трудом различают цветовые оттенки, а некоторые взрослые люди испытывают трудности с определением цвета из-за того, что их не обучили этому в детстве. Каждому приходилось сталкиваться со спорами относительно цвета предметов («синее, а не зеленое!», «не красное, а оранжевое!»). Для решения вопроса иногда достаточно продемонстрировать спорящим образцы чистого цвета, чтобы человек признал, например, что окраска скорее синяя, чем зеленая. Впрочем, иногда такие споры принимают ожесточенный характер, и этот метод не помогает.

Цветовое зрение представляет собой одно из высших достижений биологической эволюции человека. Ранние формы жизни на Земле вообще не имели глаз и воспринимали свет лишь скоплениями светочувствительных клеток. Такие светочувствительные пятна, или «глазки», как называют их биологи, сохранились до сих пор у некоторых биологических видов с мягкой кожей (типа червей), в организме которых они обычно несут двойную нагрузку (пятна не только помогают червяку находить источники тепла и света, но и предупреждают его об опасности перегрева или ожога). Черви относятся к беспозвоночным, которые представляют подавляющее большинство (более 95%) биологических видов, населяющих нашу планету. Число видов позвоночных (к которым относятся млекопитающие, птицы, рептилии, амфибии и рыбы) составляет лишь около 41 000. Раньше биологи полагали, что именно наличие или отсутствие позвоночника является основным признаком, позволяющим четко разделить эти два класса, однако в 1960-е годы обнаружилось, что между позвоночными и беспозвоночными существует и иное, значительно более важное различие. Выяснилось, что у всех беспозвоночных глаза формируются на основе кожных структур. Например, глаза морских звезд располагаются на кончиках отростков (отметим, кстати, что морские звезды, несмотря на их английское название starfish, не имеют к настоящим рыбам никакого отношения). С другой стороны, у всех позвоночных глаза выступают продолжениями или отростками мозга, причем это различие проявляется особенно ярко на высших ступенях эволюционного развития.

Основной функцией глаза является регистрация света, и с этой задачей справляются даже упомянутые выше примитивные световые пятна на коже червя. Глаза более развитых существ способны различать движение, а у высших организмов они могут формировать изображения, хотя эта способность неодинакова у различных видов млекопитающих. Следует подчеркнуть, что мы видим не реальные объекты, а отраженный ими свет. Человеческий глаз содержит более 180 миллионов рецепторов, воспринимающих отраженный свет и формирующих на этой основе изображение. Когда мы рассматриваем какой-либо предмет, миллионы элементарных частиц — переносчиков света, называемых фотонами, попадают ежесекундно в наши глаза на скопления этих фоторецепторов, образующих так называемую сетчатку. Следует особо отметить, что глаза всех позвоночных снабжены изогнутой прозрачной роговицей, играющей роль линзы и направляющей поток фотонов на сетчатку.

Сетчатка состоит из фоторецепторов двух типов, называемых палочками и колбочками, которые реагируют на свет совершенно по-разному. Колбочки реагируют на яркий свет, а палочки улавливают световое излучение от слабых и тусклых источников. Существует три типа колбочек, каждый из которых поглощает световые волны определенной части спектра (синей, зеленой и желтой), что позволяет нам различать окраску предметов. Мозг человека способен комбинировать сигналы от излучения в зеленой и желтой частях спектра, что обеспечивает восприятие красного цвета (длины волн в красном диапазоне велики, и человеческий глаз их не регистрирует, как и инфракрасное излучение). Каждый из нас испытывал чувство «временной слепоты» при резкой смене освещения (например, входя в темное помещение с ярко освещенной улицы или наоборот), что связано именно с изменением режима работы сетчатки глаза, так как упомянутые системы рецепторов (палочки и колбочки) не перестраиваются мгновенно. Под действием света от рецепторов посылаются электрические импульсы в ту область коры больших полушарий, которая отвечает за зрительное восприятие.

^{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?

Тогда что же такое красный цвет?

1. Birren, Faber. Color and Human Response. New York: John Wiley&Sons, 1997. В этой книге, рассчитанной на широкую аудиторию, удачно изложены основные представления о цветовом восприятии. Читатель найдет в ней много интересных фактов о физиологии зрения и лечебном воздействии цвета на человеческий организм

2. Lauber, Patricia. What Do You See and How Do You See It? New York: Crown, 1994. Книга рассчитана на «юных читателей», но ее с интересом могут просмотреть и их родители. Помимо ценной информации (изложенной без обычных для изданий такого типа упрощений) в ней предлагаются занимательные оптические эксперименты, которые дети вполне могут проводить самостоятельно.

3. Sinclair, Sandra. Extraordinary Eyes. New York: Dial, 1992. Ещё одна прекрасная книга для детского чтения.

4*. Брэгг У. Мир цвета. — М.: Наука, 1967. В книге известного физика дается описание многих эффектов, связанных с восприятием цвета.

5*. Чернова А. Все краски мира, кроме желтой. — М.: Искусство, 1987. Приводится интересное изложение психологических аспектов восприятия цвета.

Замечание. Зрение и зрительное восприятие играют исключительно важную роль в нашей жизни, и поэтому читатель может найти много интересного об этом не только в сугубо научных, но и в популярных изданиях. Например, очень интересная статья на эту тему, озаглавленная «Биология искусства», была напечатана в еженедельнике «The Economist» (3-9 апреля 1999 г.)- Она посвящена роли и влиянию различных аспектов зрительного восприятия на многие направления изобразительного искусства (от импрессионизма до кубизма и так называемых «мобилей» Александра Колдера). Статью можно найти в Интернете на сайте britannica.com.