Жануарлар ультракүлгін сәуледе қалай көреді?

Адам көзі электромагниттік сәулеленудің тар ауқымын ғана қабылдайды — қызыл түстен күлгін түске дейін, ал оның шегінде орасан зор көзге көрінбейтін әлем жатыр. Толқын ұзындығы 10-нан 400 нанометрге дейінгі ультракүлгін сәулелену біз үшін мүлдем көрінбейді, дегенмен көптеген жануарлар үшін ол біз үшін жасыл түс немесе қызыл күн батар кез қандай болса, дәл сондай шынайылықтың қалыпты бөлігі болып табылады. Ультракүлгінді көру қабілеті жүздеген түрлерде анықталған — жәндіктер мен құстардан бастап балықтарға және кейбір сүтқоректілерге дейін. Бізге көрінбейтін бұл спектр жануарларға әлемнің мүлдем басқа бейнесін ашады — гүлдердегі өрнектер, қауырсындардағы жасырын белгілер және қардағы зәр іздері жарқын визуалды сигналдарға айналады. Ультракүлгіндік көруді зерттеу заманауи сенсорлық биологияның ең қызықты бағыттарының біріне айналды.

Ультракүлгіндік көрудің физиологиясы — бұл қалай жұмыс істейді

Ультракүлгінді қабылдау қабілеті фоторецепторлардың — торқабықтың жарыққа сезімтал жасушаларының құрылымымен анықталады. Рецепторлардың әрбір түрі арнайы көру пигменті — опсиннің арқасында белгілі бір толқын ұзындығы ауқымына бапталған.

Адамда спектрдің қызыл, жасыл және көк ауқымдарына сезімтал колбочкалардың үш түрі бар. Ультракүлгіндік көру қабілеті бар жануарларда рецепторлардың қосымша түрі — максималды сезімталдығы 300-380 нанометр толқын ұзындығына сәйкес келетін УФ-опсин болады. Дәл осы колбочкалардың төртінші түрінің болуы бізге көрінбейтін спектрге қол жеткізуді ашады.

Көптеген сүтқоректілерде ультракүлгіндік көруге кедергі көздің хрусталигі болып табылады. Ол қысқа толқынды сәулеленуді жұтып, оның торқабыққа жетуіне жол бермейді. Дәл осы себепті тіпті торқабығында УФ-сезімтал рецепторлары бар сүтқоректілер де бұл ауқымды толық пайдалана алмайды — хрусталик своеобразный сүзгі қызметін атқарады.

Ультракүлгінді қабылдайтын жануарлар төмендегі анатомиялық шешімдердің бірін немесе бірнешеуін иемденеді:

• қысқа толқынды сәулеленуді жұтпайтын мөлдір хрусталик — жәндіктер, құстар және балықтарға тән;
• құстардың колбочкаларындағы арнайы майлы тамшылар, жарықты сүзіп, ультракүлгін ауқымда түстік контрастты арттырады;
• фоторецепторлардың қосымша түрлеріндегі УФ-опсиндер — олар араларда, көбелектерде, инеліктерде және балықтардың көптеген түрлерінде анықталған;
• мүйізгекте және хрусталикте жұтушы пигменттер концентрациясының төмендеуі — кейбір кеміргіштерге тән механизм.

Осы бейімделулердің жиынтығы ультракүлгінді физиологиялық деңгейде қабылдауды қамтамасыз етеді. Сонымен қатар «ультракүлгінді көру» әлемді қандай да бір ерекше түсте көруді білдірмейтінін түсіну маңызды — жай ғана қосымша спектралды арна көру ауқымы тарырақ тіршілік иелері үшін қолжетімсіз ақпаратты қосады.

Жәндіктер — ультракүлгін әлемнің пионерлері

Барлық жануарлардың ішінде дәл жәндіктер ультракүлгіндік көру саласында егжей-тегжейлі зерттелген. Аралар ХХ ғасырдың басында-ақ классикалық зерттеулер объектісі болды, Карл фон Фриш алғаш рет эксперимент жүзінде олардың адамға қолжетімсіз спектрді қабылдайтынын дәлелдеді.

Араларда фоторецепторлардың үш түрі бар — ультракүлгінге, көкке және жасыл ауқымдарға сезімтал. Олар қызыл түсті қабылдамайды, бірақ гүл күлтелеріндегі адам көзіне мүлдем көрінбейтін ультракүлгін өрнектерді көреді. Бұл өрнектер своеобразный «қону жолақтары» қызметін атқарып, нектарниктерді көрсетеді және тозаңдандырғыштарды гүлдің ортасына бағыттайды.

Араның көру тұрғысынан гүлдер біз үшін қарағанда мүлдем басқаша көрінеді. Мысалдар біздің қабылдауымыз бен олардың әлем бейнесі арасындағы алшақтықтың ауқымын айқын көрсетеді:

• адам үшін біркелкі сары түсті күнбағыс араға ортасында анық қараңғы ультракүлгін шеңберді, перифериясында ашық ореолмен қоршалған түрде көрсетеді;
• примула гүлдері адамдар үшін бір түсті сары болып көрінеді, дегенмен ультракүлгін сәуледе олар анық көрінетін қараңғы өзекшеге және ашық күлтелерге бөлінеді;
• адамдарға бір түсті қызыл болып көрінетін көкнәрлер ультракүлгін жарықта анық контрастты суретті көрсетеді;
• көптеген ақ гүлдер ультракүлгінді біркелкі емес шағылыстырып, көбелектер мен аралар әр түрдің бірегей «жүздері» ретінде танитын өрнектер жасайды.

Бұл гүл мен тозаңдандырғыш арасындағы өзара тиімді «келісім» миллиондаған жылдар бойы қалыптасты — өсімдіктер жәндіктерді тартатын өрнектер бағытында эволюцияланды, ал жәндіктер оларды тану үшін өз қабылдауын жетілдірді. Дәл ультракүлгін сигналдар осы ежелгі биологиялық серіктестіктің негізгі тіліне айналды.

Құстар — бай түстік өмірі бар тетрахроматтар

Құстар омыртқалылардың барлығы арасында ең дамыған түстік көруге ие — көптеген түрлер тетрахроматтар болып табылады, яғни төрт түрлі колбочкаға ие, соның ішінде УФ-сезімталдары да бар. Төртінші спектралды арнаны қосу қабылданатын түстер ауқымын жай ғана кеңейтпейді — ол ажыратылатын реңктер санын геометриялық прогрессия бойынша еселейді.

Тетрахромат теориялық тұрғыдан трихромат үшін түсініктері жоқ түстерді ажырата алады. Қызыл, жасыл және көкке төртінші арнаны қоссақ, бірегей түстік сезімдер саны мыңдағаннан миллиондағанға дейін өседі. Құстар әлемі, ықтимал, адам тілінде атауы жоқ реңктерге боялған.

Құстарда ультракүлгіндік көру бірнеше іргелі функцияларды орындайды.

1. Құстарда жыныстық іріктеу жиі қауырсынның ультракүлгін сигналдары арқылы жүзеге асады. Адам көзіне «бір түсті» болып көрінетін көкшіл шыбықшы құс аналығына көк айдарындағы ерекше жарқын ультракүлгін өрнекті көрсетеді — дәл осының қарқындылығы бойынша аналықтар серіктес сапасын бағалайды. УФ-суреті жарқырауық еркектер көбею кезінде артықшылыққа ие болады, бұл ультракүлгін шағылысуын бұғаттау эксперименттерімен расталған.
2. Балапан-көкектерді тану бірқатар түрлерде УФ-сигналдарды пайдаланады. Көкек ие-түрдің жұмыртқасының бояуын таңқаларлық дәлдікпен еліктейді, дегенмен зерттеулер кейбір иелердің өз жұмыртқаларындағы көкек қайталай алмайтын ультракүлгін маркерлер арқылы алдаушылықты әшкерелей алатынын көрсетті. Бұл «жасырын белгі» паразит пен ие арасындағы эволюциялық қарулану жарысының бөлігі болып табылады.
3. Бірқатар түрлерде бағдарлау және навигация УФ-компонентті қамтиды. Қарлығаштар мен ласточкалар ұяларына қайту кезінде және миграциялық ұшуларда ультракүлгін бағдарларды пайдаланады. Атмосфераның поляризацияланған ультракүлгін жарығы кейбір құстарға бұлтты ауа райында да бағыттарды анықтауға көмектеседі.
4. Жыртқыш құстардың кеміргіштерге аң аулауы ультракүлгіндік көрудің арқасында айтарлықтай тиімдірек болады. Дала тышқандарының зәр іздері ультракүлгін сәуледе жарқын флуоресценцияланып, шөп пен қарда жарқыраған соқпақтар қалдырады. Кекілік дала үстінде жоспарлап ұшқанда, кеміргіштер белсенділігінің картасын буквалды мағынада көреді — және ең жаңа іздерге ұмтылады.

Осылайша, құстардың ультракүлгіндік көруі экзотикалық қабілет емес, әлеуметтік коммуникация, аң аулау және бағдарлаудың орталық құралы болып табылады. Құстар әлемі біздің біз тіпті жуықтап та елестете алмайтын өлшемде байырақ.

Балықтар және су асты ультракүлгіні

Су ортасы ерекше оптикалық сипаттамаларға ие — ультракүлгін сумен көрінетін жарыққа қарағанда әлдеқайда жылдам жұтылады. Дегенмен шағын тереңдіктерде және таза су айдындарында бұл ауқым қолжетімді болып қалады және көптеген балықтар оны сәтті пайдаланады.

Балықтар арасында УФ-көру ең жақсы лосось тұқымдастарында зерттелген. Жас лососьтер ультракүлгінді қабылдайды — бұл қабілет оларға зоопланктонды аулауға көмектеседі, ол су фонында қысқа толқынды спектрде жақсы көрінеді. Ересек кезеңге жеткенде УФ-сезімталдық төмендейді — болжам бойынша, ересек балықтар үшін бұл ауқым ірірек олжаға аң аулауда аз пайдалы болғандықтан.

Маржан балықтары ультракүлгіндік көруді зерттеушілер үшін ерекше қызығушылық тудырады:

• рифтердегі көптеген балық түрлерінің денесінде адамға көрінбейтін, бірақ туыстары үшін айқын УФ-флуоресцентті өрнектері бар;
• бұл өрнектер түрішілік коммуникация үшін пайдаланылады — риф тұрғындарының әртүрлілігі арасында өз түрінің дарақтарын тану;
• флуоресцентті үлгілер әр түр үшін бірегей және риф қауымдастығының әлеуметтік жүйесінде своеобразный «кіру коды» қызметін атқарады;
• кейбір түрлер флуоресцентті сигналдардың қарқындылығын эмоционалды күйге байланысты өзгертеді — қозу, уайым немесе көбеюге дайындық кезінде.

Балықтарда ультракүлгіндік коммуникацияны ашу ғалымдарды су асты тұрғындарының әлеуметтік өмірінің күрделілігі туралы түсініктерін қайта қарауға мәжбүр етті. Рифтің көрінетін бетінің астында арнайы жабдықсыз адам-бақылаушы үшін қолжетімсіз бай коммуникациялық өмір өрбиді.

Сүтқоректілер және күтпеген қабілеттер

Ұзақ уақыт бойы сүтқоректілер ультракүлгіндік көруден іс жүзінде айырылған деп саналды — эволюция барысында олардың көпшілігі колбочкалардың қосымша түрлерін жоғалтып, тек екі немесе үшеуін сақтап қалды. Дегенмен соңғы онжылдықтардың зерттеулері бұл көріністі айтарлықтай түзетті.

Негізгі ашылу хрусталикпен байланысты. Ғалымдар көптеген сүтқоректілердің торқабығы техникалық тұрғыдан ультракүлгінге реакция бере алатынын анықтады — мәселе тек хрусталиктің оны өткізбеуінде. Зерттеушілер торқабықты хрусталикті айналып өтіп тікелей жарықтандырғанда, ультракүлгіндік сезімталдық егеуқұйрықтарда, тышқандарда, мысықтарда және тіпті хрусталигі алынған адамдарда анықталды.

Сүтқоректілердің ультракүлгіндік көру саласындағы ең әсерлі ашылымдар мүлдем жақында жасалды.

1. Солтүстік бұғы — хрусталигі ультракүлгінді өткізетін санаулы сүтқоректілердің бірі. Бұл 2011 жылғы ашылым ғылыми әлемде сенсация тудырды. Арктикада тіршілік ететін бұғылар үшін ультракүлгіндік көру сыни маңызды — қар УФ-сәулеленуді шағылыстырып, фон жасайды, онда қыналар, қасқыр зәрі және жыртқыштардың жүні қараңғы дақтар болып көрінеді. Дәл осы жануарларға полярлық ақ үнсіздік жағдайында азық табуға және қауіпті анықтауға көмектеседі.
2. Жарқанаттар ұшқыр кезде бағдарлау және нектармен қоректену үшін гүлдерді іздеуде ультракүлгінді пайдаланады. Зерттеулер көптеген тропикалық түрлердің гүлдердің УФ-флуоресценциясына аралар мен құстар сияқты реакция беретінін көрсетті. Мұндай конвергентті эволюция — эволюциялық тұрғыдан алыс түрлерде ұқсас қабілеттің тәуелсіз пайда болуы — қысқа толқынды спектрді қабылдаудың маңызды бейімделушілік артықшылықтарын дәлелдейді.
3. Кеміргіштердің бірқатары әлеуметтік коммуникация үшін зәрдің ультракүлгін іздерін пайдаланады. Тышқандар мен дала тышқандарының зәрі ультракүлгін сәуледе флуоресценцияланып, субстратта тиісті сенсорлық сезімталдығы бар туыстары үшін көрінетін іздер қалдырады. Бұл белгілер жыныстық мәртебе, аумақтық талаптар және із қалдырған жануардың денсаулық жағдайы туралы ақпарат тасиды.

Соңғы жылдардың табыстары «ультракүлгінді көретін» және «көрмейтіндер» арасындағы шекара болжамдалғандай айқын емес екенін көрсетеді. Ультракүлгін сигналдар экожүйелерді барлық деңгейлерде — гүлдер мен зәр іздерінен бастап қауырсынға және балық қанаттарына дейін — торлап өтеді.

Ультракүлгіндік көру біздің шынайылықты қабылдауымыз қаншалықты шектеулі екенін және басқа тіршілік иелерінің сенсорлық әлемдері қаншалықты әртүрлі екенін айқын еске салады. Бұл феноменді зерттеудің алысқа баратын практикалық салдары бар — жаңа түрдегі камуфляж және сигналдау әзірлеуден бастап, тозаңдандырғыштарды үркітпейтін агрохимиялық препараттар жасауға және коммуникациясы бізге көрінбейтін сигналдарға негізделген сирек кездесетін түрлерді сақтау әдістерін әзірлеуге дейін. Осы саладағы әрбір жаңа ашылым жануарлар әлемінің бейнесін байырақ және күрделірек етеді — және сонымен бірге адам көруі жарықты қабылдаудың көптеген мүмкін тәсілдерінің тек бірі ғана екенін бізге қарапайымдылықпен еске салады.