Jak zwierzęta widzą kolory? Pszczoły, ptaki, psy i świat UV

Czerwony owoc, niebieskie pióra, zielony liść i żółty kwiat nie wyglądają tak samo dla każdego zwierzęcia. Człowiek widzi świat dzięki trzem typom czopków w siatkówce, ale wiele ptaków dysponuje czterema typami receptorów barwnych, pszczoły odbierają ultrafiolet, a większość innych ssaków rozróżnia mniej barw niż my. Oznacza to, że ten sam kwiat, pióro albo fragment skóry może dla dwóch gatunków tworzyć zupełnie inny sygnał. Kolor w przyrodzie nie istnieje więc w oderwaniu od obserwatora - powstaje dopiero wtedy, gdy światło zostaje odebrane i zinterpretowane przez układ nerwowy.

Czy kolor naprawdę istnieje?

Na pierwszy rzut oka odpowiedź wydaje się oczywista. Trawa jest zielona, mak czerwony, a niebo niebieskie. Z fizycznego punktu widzenia sprawa jest jednak bardziej skomplikowana.

Przedmiot nie przechowuje w sobie "zieleni" albo "czerwieni". Jego powierzchnia pochłania część padającego promieniowania elektromagnetycznego, a inną część odbija. Odbite światło trafia następnie do oka, gdzie receptory reagują na określone zakresy długości fal. Dopiero mózg przetwarza te informacje w doświadczenie, które nazywamy kolorem.

Dlatego kolor zależy jednocześnie od:

• źródła i rodzaju światła,
• właściwości powierzchni obiektu,
• budowy oka obserwatora,
• fotoreceptorów reagujących na określone długości fal,
• sposobu przetwarzania informacji przez układ nerwowy.

To właśnie dlatego ten sam przedmiot może być odbierany inaczej przez człowieka, pszczołę i ptaka. Szerzej o tym, czym jest kolor z punktu widzenia światła, ludzkiej percepcji i teorii barw, można przeczytać w opracowaniu art4u.com.pl.

Jak człowiek widzi kolory?

Ludzkie oko posiada dwa podstawowe typy fotoreceptorów: pręciki i czopki. Pręciki są szczególnie ważne przy słabym oświetleniu, natomiast widzenie barwne opiera się przede wszystkim na czopkach.

U większości ludzi występują trzy klasy czopków, których maksymalna czułość przypada na różne części widma. W uproszczeniu można mówić o receptorach wrażliwych na krótsze, średnie i dłuższe fale światła. Mózg porównuje sygnały pochodzące z tych receptorów i na tej podstawie tworzy wrażenie rozmaitych barw. Człowiek jest więc trichromatą.

Nie oznacza to jednak, że widzimy "pełny" świat barw. Nasz zakres widzenia jest tylko jednym z możliwych systemów sensorycznych.

Dlaczego zwierzęta widzą świat inaczej?

Ewolucja nie tworzy jednego idealnego oka dla wszystkich zwierząt. Układ wzrokowy dostosowuje się do środowiska i potrzeb konkretnego gatunku.

Zwierzę polujące nocą potrzebuje czegoś innego niż ptak poszukujący dojrzałych owoców wśród liści. Pszczoła odwiedzająca kwiaty może korzystać z innych informacji niż wilk śledzący zdobycz o świcie.

Dlatego poszczególne gatunki różnią się między innymi:

• liczbą typów fotoreceptorów,
• zakresem długości fal, które są dla nich dostępne,
• zdolnością rozróżniania podobnych barw,
• czułością na światło przy niskim oświetleniu,
• znaczeniem koloru w zdobywaniu pokarmu i komunikacji.

Nie można więc stworzyć jednej fotografii przedstawiającej dokładnie "jak widzi zwierzę", jeśli nie znamy charakterystyki jego receptorów i sposobu przetwarzania informacji w mózgu.

Jak kolory widzą pszczoły?

Pszczoły są jednym z najbardziej znanych przykładów zwierząt, których świat barw różni się od ludzkiego. Ich widzenie także opiera się na trzech głównych klasach receptorów, ale zakresy czułości są przesunięte względem naszych.

Pszczoły są wrażliwe między innymi na:

• ultrafiolet,
• światło niebieskie,
• światło zielone.

Nie odbierają natomiast czerwieni w taki sam sposób jak człowiek. Nie oznacza to, że czerwony kwiat jest dla pszczoły całkowicie niewidzialny. Może odbijać inne długości fal, również ultrafiolet, i dzięki temu nadal wyraźnie odcinać się od tła. Najnowszy przegląd badań nad widzeniem pszczół podkreśla, że UV jest jednym z elementów ich przestrzeni barwnej, a nie jakimś osobnym "superkolorem".

Ptaki widzą więcej barw niż człowiek

U wielu ptaków sytuacja jest jeszcze bardziej niezwykła. Zamiast trzech klas czopków mają co najmniej cztery, dlatego ich system widzenia barwnego określa się jako tetrachromatyczny.

Jedna z klas receptorów może być szczególnie wrażliwa na fiolet lub ultrafiolet. Dodatkowo w czopkach ptaków występują krople olejowe filtrujące światło, co pozwala precyzyjniej rozdzielać informacje o długości fal.

W efekcie ptak może rozróżniać kombinacje bodźców, które dla ludzkiego oka wyglądają identycznie.

Nie oznacza to po prostu, że ptak widzi "więcej odcieni niebieskiego". Jego przestrzeń barw może być jakościowo inna od naszej. Nie potrafimy sobie w pełni wyobrazić wrażenia odpowiadającego jednoczesnemu pobudzeniu receptorów, których człowiek w ogóle nie posiada.

Dlaczego wiele ssaków rozróżnia mniej kolorów?

Wśród ssaków bardzo częsty jest dichromatyczny system widzenia barwnego, oparty na dwóch głównych klasach czopków. Człowiek i część innych naczelnych są pod tym względem wyjątkami.

Jednym z wyjaśnień jest historia ewolucyjna ssaków. Wiele wczesnych ssaków prowadziło nocny tryb życia. Przy bardzo słabym oświetleniu możliwość rozróżniania wielu barw jest mniej użyteczna niż wysoka czułość na światło.

Z czasem w części linii ewolucyjnych rozbudowane widzenie barwne ponownie zyskało znaczenie. U naczelnych mogło pomagać między innymi w odnajdywaniu owoców i młodych liści oraz w rozpoznawaniu sygnałów społecznych.

Czy pies naprawdę widzi świat na czarno-biało?

To jeden z najtrwalszych mitów dotyczących zwierzęcego wzroku.

Pies nie widzi świata wyłącznie w odcieniach szarości. Jego widzenie barwne jest jednak mniej zróżnicowane niż ludzkie, ponieważ opiera się przede wszystkim na dwóch klasach receptorów barwnych.

Najłatwiej można to porównać do ludzkiego zaburzenia rozróżniania części czerwieni i zieleni. Kolory, które dla nas mocno się różnią, dla psa mogą być do siebie znacznie bardziej podobne.

Dlatego jaskrawoczerwona piłka rzucona na zieloną trawę niekoniecznie daje psu taki kontrast, jaki widzi jej właściciel.

Ultrafiolet - niewidoczny kolor czy coś więcej?

Promieniowanie ultrafioletowe znajduje się poza zakresem widzialnym dla człowieka. Dla nas nie ma więc czegoś takiego jak naturalnie odczuwany "kolor ultrafioletowy".

Inaczej jest u wielu ptaków, owadów i niektórych innych zwierząt. Jeżeli ich receptory reagują na fale UV i mózg wykorzystuje te informacje w systemie widzenia barwnego, ultrafiolet staje się dla nich normalnym elementem obrazu świata.

Warto jednak uważać na popularne ilustracje pokazujące "świat oczami pszczoły". Zwykle są to obrazy w fałszywych kolorach, w których niewidoczne dla człowieka UV zostaje zastąpione barwą, którą potrafimy zobaczyć.

Taka fotografia pokazuje rozkład odbitego ultrafioletu, ale nie pozwala człowiekowi rzeczywiście doświadczyć koloru tak, jak robi to pszczoła.

Jak wygląda kwiat dla pszczoły?

Kwiat, który człowiek widzi jako jednolicie żółty lub biały, może mieć wzory pojawiające się dopiero w ultrafiolecie. Część z nich tworzy kontrasty pomiędzy środkiem a zewnętrzną częścią płatków.

Takie wzory mogą działać jak wskazówki prowadzące zapylacza w kierunku pyłku lub nektaru. Często określa się je jako przewodniki nektarowe.

Nie należy jednak upraszczać tego do stwierdzenia, że wszystkie kwiaty mają ukryte "tarcze UV". Wzory mogą powstawać zarówno w ultrafiolecie, jak i w zakresie niebieskim czy zielonym, a nie każdy gatunek wykorzystuje identyczny sposób sygnalizacji.

Pióra mogą mieć kolory, których człowiek nie zauważa

Dwa ptaki, które dla człowieka wyglądają niemal identycznie, dla przedstawicieli własnego gatunku mogą wyraźnie się różnić.

Powodem jest między innymi odbijanie ultrafioletu przez pióra. Badania nad ptasim widzeniem wskazują, że sygnały UV mogą uczestniczyć w wyborze partnera, poszukiwaniu pokarmu i komunikacji.

To ważne również podczas oceniania wyglądu ptaków na podstawie fotografii. Aparat fotograficzny, monitor i ludzkie oko nie muszą rejestrować tych samych informacji, które docierają do oka ptaka.

Kamuflaż zależy od tego, kto patrzy

Mówimy często, że zwierzę "doskonale wtapia się w tło". Ale przed kim?

Kamuflaż nie jest właściwością absolutną. Wzór skutecznie ukrywający owada przed człowiekiem może być dobrze widoczny dla ptaka wyposażonego w inny system widzenia barwnego.

Podobnie roślina, owoc albo jajo mogą wyglądać niepozornie dla nas, a bardzo kontrastowo dla zwierzęcia wykorzystującego ultrafiolet.

W biologii kamuflażu trzeba więc brać pod uwagę wzrok drapieżnika lub ofiary, a nie wyłącznie to, co widzi badacz.

Kolory ostrzegawcze - sygnał dla drapieżnika

Intensywne barwy mogą działać odwrotnie niż kamuflaż. Zamiast ukrywać zwierzę, czynią je maksymalnie widocznym.

Takie sygnały nazywa się ubarwieniem ostrzegawczym lub aposematycznym. Żółć, czerwień, pomarańcz i czerń często występują u zwierząt jadowitych, trujących albo niesmacznych.

Drapieżnik może nauczyć się kojarzyć określony wzór z nieprzyjemnym doświadczeniem i w przyszłości unikać podobnych ofiar.

Znów jednak liczy się percepcja odbiorcy. Skuteczny sygnał ostrzegawczy musi być dostosowany do systemu wzrokowego zwierzęcia, które ma go zauważyć.

Dlaczego zwierzęta zmieniają kolor?

Zmiana barwy może pełnić wiele funkcji. Najbardziej znanym przykładem są kameleony, ale zdolność szybkiej zmiany wyglądu występuje również u głowonogów, części ryb, płazów i innych gadów.

Kolor może zmieniać się w odpowiedzi na:

• tło i potrzebę kamuflażu,
• temperaturę,
• stres,
• kontakt z rywalem,
• zaloty,
• stan fizjologiczny.

U części zwierząt zmiana nie polega na produkowaniu nowego pigmentu. Barwa może być regulowana poprzez przemieszczanie pigmentów w specjalnych komórkach albo zmianę właściwości struktur odbijających światło.

Dlatego kolor skóry może pełnić jednocześnie funkcję kamuflażu i swoistego "ekranu informacyjnego".

Czy węże widzą podczerwień?

To określenie jest popularne, ale wymaga doprecyzowania.

Niektóre węże, między innymi grzechotniki i inni przedstawiciele żmijowatych posiadający jamki termiczne, potrafią wykrywać promieniowanie podczerwone emitowane przez ciepłe obiekty.

Nie odbywa się to jednak za pomocą czopków oka w taki sposób, w jaki widzimy czerwień czy zieleń. Informacje termiczne są odbierane przez wyspecjalizowane narządy reagujące na ciepło.

Co ciekawe, sygnały z narządów termicznych i wzroku spotykają się w obszarach mózgu odpowiedzialnych za przestrzenne przetwarzanie bodźców. Eksperymenty pokazują, że system podczerwieni pozwala wężom lokalizować ciepłą zdobycz względem tła.

Nie wiemy natomiast, jak subiektywnie "wygląda" taki bodziec dla węża. Obraz z kamery termowizyjnej, na którym temperatury oznaczono czerwienią, żółcią i błękitem, jest tylko ludzką wizualizacją danych.

Czy istnieją kolory, których człowiek nigdy nie zobaczy?

To jedno z najciekawszych pytań wynikających z porównania ludzkiego i zwierzęcego wzroku.

Możemy zmierzyć promieniowanie ultrafioletowe. Możemy je sfotografować odpowiednim sprzętem. Możemy nawet przypisać mu sztuczny fiolet albo niebieski na ekranie komputera.

Nie możemy jednak dodać sobie czwartego typu receptora i sprawdzić, jakie subiektywne wrażenie barwne powstaje w mózgu ptaka tetrachromatycznego.

To samo dotyczy kombinacji bodźców dostępnych dla zwierzęcia, lecz niemożliwych do odtworzenia w ludzkim trichromatycznym układzie wzrokowym.

Dlatego stwierdzenie, że ptaki "widzą więcej kolorów", jest użytecznym uproszczeniem. Bardziej precyzyjnie można powiedzieć, że część ptaków dysponuje dodatkowym wymiarem informacji barwnej, którego nie posiada typowy człowiek.

Ten sam świat, różne obrazy

Kolor jest doskonałym przykładem tego, że zwierzęta żyją w tym samym środowisku fizycznym, ale niekoniecznie w takim samym świecie sensorycznym.

Dla człowieka kwiat może być żółty. Dla pszczoły ten sam kwiat może zawierać dodatkowy kontrast w ultrafiolecie. Pióra dwóch ptaków mogą wyglądać dla nas niemal identycznie, a dla samych ptaków różnić się wyraźnym sygnałem. Pies widzi barwy, ale nie rozdziela ich tak jak człowiek. Wąż może natomiast otrzymywać przestrzenną informację o cieple ofiary dzięki systemowi, którego nie należy mylić z klasycznym widzeniem kolorów.

Nie istnieje więc jeden uniwersalny obraz przyrody. Każdy gatunek otrzymuje z otoczenia tylko część dostępnych informacji, a ewolucja zachowała przede wszystkim te zmysły, które pomagały jego przodkom przeżyć i się rozmnażać. Człowiek nie widzi świata "takim, jaki naprawdę jest" - widzi jego wersję stworzoną przez własne oczy i mózg. Pszczoła, ptak czy pies otrzymują inną wersję tej samej rzeczywistości.

• Plant Biology - Bees, flowers and UV: przegląd widzenia UV u pszczół i sygnałów kwiatowych
• Vision Research - Ultraviolet vision in birds: funkcje widzenia UV u ptaków
• Art4U - kolory, ich powstawanie i postrzeganie przez człowieka