Колибри различили четыре неспектральных цвета

Биологи показали, что колибри могут различать оттенки четырех неспектральных цветов, в том числе смесь трех монохроматических цветов (ультрафиолетового, зеленого и красного). Эти результаты подтверждают, что зрение птиц тетрахроматично. Вероятно, это помогает птицам коммуницировать и находить пищу — около трети цветов в растениях и оперении колибри неспектральные. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Количество оттенков цветов, которые различает животное, зависит от количества видов цветовых рецепторов в его сетчатке. У позвоночных роль цветовосприятия играют колбочки, у большинства млекопитающих, например, их всего два типа — таких животных называют дихроматами. У дихроматов цветовое пространство одномерное, любой воспринимаемый ими цвет можно воспроизвести смешением двух чистых (монохроматических) цветов. Люди с нормальным цветовым восприятием являются трихроматами — у нас три типа колбочек, они распознают красный, зеленый и синий цвета, а мозг может воспринимать смешение этих цветов и их оттенки.

Восприятие смешанного цвета происходит за счет сравнения сигналов от колбочек различных типов в мозге. Например, цвет кажется нам желтым, если он возбуждает «красные» и «зеленые» колбочки. Желтый, красный и зеленый цвета называют спектральными — они присутствуют в радуге и воспринимаются либо одним типом колбочек, либо колбочками, спектры которых соседствуют. Также спектральными считают оттенки, которые находятся между зеленым и синим, а вот пурпурный по этому определению является неспектральным цветом, так как образующие его чистые цвета — красный и синий — находятся на противоположных концах видимого спектра.

У птиц есть четвертый тип колбочек — чувствительный к ультрафиолетовому свету, значит, эти животные воспринимают больше оттенков цветов и, вероятно, являются тетрахроматами. Цветовое пространство тетрахроматов четырехмерное, любой воспринимаемый оттенок лежит внутри четырехугольной пирамиды, в которой каждая вершина — воспринимаемый одним типом колбочек чистый цвет. Спектральные цвета у птиц располагаются вдоль трех основных осей цветового пространства, а неспектральных цветов у них может быть целых пять (трихроматы из них различают только один — пурпурный).

Возможности цветовосприятия птиц широки, однако мы почти ничего не знаем о том, могут ли они на самом деле различать столько цветов. Известно, что волнистые попугайчики могут отличать желтый от смеси желтого с ультрафиолетовым (для этого нужно сравнение сигнала от колбочек трех спектров: красного, зеленого и ультрафиолетового), но восприятие других неспектральных цветов птицами не изучали.

Исследователи из Канады из США под руководством Мэри Касвелл Стоддард (Mary Caswell Stoddard) из Принстонского университета изучали восприятие неспектральных цветов колибри Selasphorus platycercus (трехцветного селасфоруса). Исследование проводили в естественных условиях: в поле на расстоянии метра друг от друга ставили треноги с кормушками. В одну из кормушек наливали сладкую воду, в другую — простую, а рядом с ними помещали лампы, которые смешивали цвет от четырех светодиодов (красного, зеленого, синего или ультрафиолетового). Птицы обучались ассоциировать один из цветов с вознаграждением, а другой — с простой водой.

Исследователи находились в 10 метрах от треног и наблюдали за тем, к какой из кормушек подлетают колибри. После каждой попытки треноги меняли местами, чтобы птицы не могли определить нужную кормушку по ее расположению. Из-за того, что эксперимент проводили в естественной среде, нельзя было отследить перемещения каждой колибри и понять, в первый раз она подлетает к кормушке или уже обучилась. Поэтому авторы работы воспользовались статистическими методами: байесовская модель распределяла популяцию на «опытных» птиц и «новичков», которые впервые знакомятся с кормушкой.

В качестве среднего уровня различения цветов в популяции птиц использовали среднюю вероятность выбора опытной птицей кормушки с подкреплением: если колибри идеально различают два цвета, то все опытные птицы будут подлетать к кормушке со сладкой водой и показатель будет равен единице. Если же птицы не могут отличить два цвета, они будут выбирать кормушку случайным образом и вероятность правильного выбора будет равна 0,5.

Для начала провели пробные эксперименты и обучили колибри различать чистые цвета (зеленый и красный) или одинаковые цвета (два зеленых или два красных). В первом случае птицы выбирали правильную кормушку с вероятностью 0,79, а во втором — 0,58. Значит, в экспериментальной модели колибри действительно учились различать цвета, а не ориентировались на какие-либо другие показатели (например, на выбор своих сородичей).

Затем исследовали восприятие ряда неспектральных цветов: птиц учили отличать смесь ультрафиолетового и красного от ее чистых компонентов (красного и ультрафиолетового); аналогично изучали восприятие зелено-ультрафиолетового, пурпурного и желто-ультрафиолетового, а также различных оттенков неспектральных цветов (с разными пропорциями чистых составляющих).

Во всех трех неспектральных областях колибри смогли различить смешанный цвет и его монохроматические компоненты, а также оттенки неспектральных цветов. В среднем вероятность выбора кормушки с подкреплением в этих экспериментах равнялась 0,83. Интересно, что зелено-ультрафиолетовые оттенки колибри различали тем лучше, чем дальше на спектре они находились друг от друга (например, цвета с содержанием зеленого 10 и 90 процентов птицы отличили лучше, чем 33 и 44). Но для красно-ультрафиолетового цвета такую зависимость не выявили, и исследователи предположили, что порог различения цветов у птиц неравномерен в их цветовом пространстве.

Результаты эксперимента подтверждают наличие у колибри тетрахроматического зрения; вероятно, в мозге птиц существует система сопоставления сигналов от разных колбочек, которая позволяет им различать как спектральные, так и неспектральные цвета. Тем не менее, пока мы не понимаем, как именно птицы видят неспектральные цвета: как смесь чистых или же как отдельные новые цвета.

В заключение ученые проверили, насколько различение неспектральных цветов птицами экологически оправданно. Для этого проанализировали спектры оперения колибри и растений, нектаром которых те питаются. Посчитали, что 35 процентов цветов растений и 30 — оперения — колибри могут воспринимать как неспектральные. Человек же видит лишь 19 и 7 процентов этих цветов как неспектральные. Вероятно, тетрахроматическое зрение важно для коммуникации колибри и поиска пищи.

Авторы работы отмечают, что их результаты получены в среднем по популяции и невозможно сделать выводы о том, какой процент особей может различать неспектральные цвета. Однако с экологической точки зрения (например, для опыления цветов) средняя оценка по популяции важнее, чем для отдельных птиц.

Похоже, что терахроматическое зрение нужно птицам для того, чтобы находить цветы и различать сородичей. А у приматов третий тип колбочек появился для того, чтобы видеть яркие фрукты в листве. Макаки-трихроматы находят фрукты быстрее своих сородичей с двумя типами колбочек, зато вторым легче распознавать маскирующихся насекомых.

Алиса Бахарева