Как насекомые определяют цвет: любопытное исследование
Великолепная способность насекомых различать цветы, в том числе и по цвету, имеет решающее значение для функционирования многих экосистем, но ученые до сих пор не понимали, как крошечный мозг насекомых выполняет сложную задачу цветового зрения.
Команда доктора Кристофера Шнайтмана и профессора Дирка Райффа из Фрайбургского университета представила свою теорию, объясняющую феномен цветного зрения насекомых, в научном журнале Current Biology.
Цветовое зрение позволяет различать визуальные стимулы на основе спектральных свойств, независимо от их интенсивности. Это улучшает сегментацию изображения и облегчает идентификацию объектов. На уровне вычислений нейронных цепей для цветового зрения требуется минимум два типа фоторецепторов с разной спектральной чувствительностью для сравнения их сигналов. Нейроны, выполняющие такие сравнения, возбуждаются одними типами фоторецепторов и подавляются другими. Возникающие реакции оппонентов цвета с повышенной или пониженной активностью на стимулы различной длины волны являются отличительной чертой цветового зрения. Их спектральные, пространственные и временные характеристики обычно становятся тем сложнее, чем глубже обрабатывается визуальная информация — от фоторецепторов к низлежащим нейронам и высшим мозговым центрам.
Команда Фрайбурга использовала для исследований плодовых мух (Drosophila melanogaster) и метод оптической записи функциональной 2-фотонной лазерной сканирующей микроскопии в сочетании с генетическими методами. Было обнаружено, что некоторые нейроны, а именно нейроны типа Dm8, возбуждаются светом в диапазоне длин волн от синего до зеленого и подавляются светом в ультрафиолетовом диапазоне. Вопреки предыдущим предположениям, эти нейроны получают противоположные сигналы от всех пяти основных классов фоторецепторов в глазу дрозофилы. Помимо видов адаптации, специфичных для насекомых, эти данные показывают, что фундаментальные принципы обработки нейронной информации, лежащие в основе определения цвета, разделяют мух и высших позвоночных.
После внимательного изучения задействованных нейронных цепей, обнаружились новые удивительные результаты. Класс фоторецепторов, который чувствителен преимущественно к синему и зеленому диапазону длин волн, передает свою информацию через неизвестный сигнальный механизм, который еще предстоит изучить. Кроме того, ученые обнаружили, что нейронные связи системы движения глаз передают сигналы от фоторецепторов с очень широкой спектральной чувствительностью к нейронам Dm8.
«Это неожиданное открытие показывает, что нейронные цепи, отвечающие за восприятие цвета и двигательной функции пересекаются и взаимодействуют гораздо больше, чем считалось ранее.» - объясняет автор исследования Мануэль Паньи. «Последующие исследования могут дать новое и неожиданное понимание функции мозга насекомых».