ЦВЕТОВОЕ ЗРЕНИЕ У ПОЗВОНОЧНЫХ ВОЗНИКЛО 500 МЛН ЛЕТ НАЗАД: ЗАЧЕМ?

Максимов В. В.
Институт проблем передачи информации РАН, 101447 Москва
Согласно молекулярным часам ген, кодирующий коротковолновый зрительный пигмент, отделился от общего предка генов, кодирующих длинноволновые пигменты, 500 млн лет назад, что дало рецепторную основу для дихроматического цветоразличения (Nathans et al., 1986). У современных животных цветовое зрение обслуживает две главные функции: обнаружение объектов на фоне и распознавание их по цвету. Однако возникло цветовое зрение не для этого, т.к. и обнаружение, и распознавание требуют еще довольно сложного аппарата переработки информации о цвете в нервной системе, который не мог возникнуть сразу, одновременно с аппаратом цветоразличения. Очевидно, исходное предназначение цветового зрения было иным. По палеонтологическим данным (Новицкая, 1986) к тому времени рыбообразные предки позвоночных уже имели развитые глаза, вращающиеся в орбитах с помощью глазных мышц, а на окаменелых отпечатках видны вполне узнаваемые основные отделы головного мозга. Жили первые бесчелюстные рыбы на морском мелководье. Считается, что питались они, соскребая пищу со дна (Denison, 1956), и зрение в этом вряд ли играло существенную роль. Естественно предположить, что высокоразвитые глаза и мозг были нужны для обслуживания других форм поведения, таких как избегание врагов. Однако условия освещения на мелководье чрезвычайно затрудняют решение зрительных задач. Рябь на поверхности воды формирует линзы, которые фокусируют солнечные лучи на объектах под водой, создавая непрерывно меняющийся, сильно контрастный рисунок (McFariand, Loew, 1983). В каждой точке яркость меняется в десятки раз с частотой от долей до десятков герц. Очевидный способ борьбы с мельканиями состоит в низкочастотной фильтрации. Но это неизбежно будет приводить к замедлению реакций организма на внешние зрительные стимулы, что не очень полезно при избегании врагов. Давление отбора в этом случае должно было привести к возникновению альтернативных способов обработки зрительной информации. Для этого могла быть использована та особенность мельканий, что они бесцветны, т.е. интенсивность освещения меняется синхронно в разных частях спектра. Поэтому, несмотря на флуктуации общего освещения, отношение интенсивностей света в двух разных частях спектра сохраняется постоянным. Таким образом, предполагается, что около 500 млн лет назад в сетчатке первых позвоночных возникло два типа фоторецепторов с разной спектральной чувствительностью. "Цветооппонентная" конструкция зрения давала преимущества в скорости реакции и тем способствовала выживанию. (Работа поддержана РФФИ, проект № 98-04-49298)