Собрав данные о зрении сотен позвоночных и беспозвоночных, биологи углубили понимание зрения животных, включая цвета, которые они видят.
Исследователи установили, что животные, приспособленные к земле, способны видеть больше цветов, чем животные, приспособленные к воде. Животные, приспособленные к открытой наземной среде обитания, видят более широкий спектр цветов, чем животные, приспособленные к лесам.
Однако история эволюции — в первую очередь разница между позвоночными и беспозвоночными — существенно влияет на то, какие цвета видит тот или иной вид. Беспозвоночные видят более короткие волны света по сравнению с позвоночными.
Биологи Мэтт Мерфи и Эрика Вестерман недавно опубликовали свои выводы в Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences . Их статья «Эволюционная история ограничивает способность видов сопоставлять цветовую чувствительность с доступным светом среды обитания» объясняет, как окружающая среда, эволюция и, в некоторой степени, генетическая структура влияют на то, как и какие цвета видят животные.
«Ученые уже давно выдвинули гипотезу о том, что зрение животных эволюционировало, чтобы соответствовать цветам света, присутствующим в их среде», — говорит Эрика Вестерман.
«Но эту гипотезу трудно доказать, и мы еще так много не знаем о зрении животных. Сбор данных о сотнях видов животных, живущих в самых разных средах обитания, является монументальной задачей, особенно если учесть, что беспозвоночные и позвоночные используют различные типы клеток в своих глазах, чтобы преобразовать световую энергию в нейронные реакции».
Способность животного обнаруживать визуальную информацию зависит от длины волны и интенсивности света в данной среде. Количество и чувствительность к длине волны семейства белков сетчатки, называемых опсинами, определяют спектр света, который видит животное — от ультрафиолетового до дальнего красного света (перед инфракрасным).
Однако беспозвоночные и позвоночные используют филогенетически разные опсины в своих сетчатках, и исследователи не определили, влияют ли эти разные опсины на то, что видят животные, или на то, как они адаптируются к световой среде.
Мерфи и Вестерман сопоставили данные о зрении 446 видов животных, относящихся к четырем типам. Один из этих типов содержал позвоночных — животных, у которых есть позвоночник, таких как рыбы и приматы. Остальные типы содержали беспозвоночных животных, не имеющих позвоночника, таких как насекомые, кальмары и медузы.
Исследование показало, что, хотя животные адаптируются к окружающей среде, их способность к адаптации может быть физиологически ограничена. В то время как позвоночные и беспозвоночные в целом используют один и тот же тип клеток, опсины, они строят эти клетки по-разному.
Это физиологическое различие — то, что биологи называют цилиарными опсинами у позвоночных и рабдомерными опсинами у беспозвоночных — может объяснить, почему беспозвоночные лучше видят коротковолновый свет, даже если среда обитания должна выбирать и для позвоночных возможность хорошо видеть коротковолновый свет.
Однако разница может быть связана со стохастическими генетическими мутациями, происходящими у позвоночных, но не у беспозвоночных, говорят ученые. Эти мутации могли также ограничивать диапазон света в зрении позвоночных.
«Наше исследование отвечает на некоторые важные вопросы, — сказал Мэтт Мерфи, — но оно также порождает новые вопросы, которые могут помочь нам еще лучше понять зрение животных. Мы можем сделать больше для оценки различий в структуре сетчатки позвоночных и беспозвоночных или того, как их мозг обрабатывать визуальную информацию по-своему. Это волнующие вопросы».
Исследование было опубликовано в Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences.