Denník N

Siedmy týždeň v Oxforde: Farebná ochutnávka oxfordského učiva

Doteraz som v mojich blogoch rozprávala hlavne o tom, ako prebieha môj život v Oxforde. Vykreslila som môj typický deň. Naznačila som priebeh prednášok, tutoriálov a písania esejí. Ako si ale niektorí pozorní čitatelia všimli, nespomínala som to najdôležitejšie. Nezameriavala som sa veľmi na to, čo som sa zatiaľ naučila. Nie je to preto, že by prednášky bolo nudné. Práve naopak. Témy, ktoré preberáme sú neuveriteľne pútavé. Veľmi rada by som sa s vami podelila o to, čo som zistila o mozgu, génoch a bunkách. Ide ale o pomerne zložité koncepty. Preto som si doteraz netrúfala pustiť sa do nich v blogu. Dnes by som vám ale chcela predostrieť takú malú ochutnávku oxfordského učiva. Pokúsim sa ozrejmiť, spôsob akým ľudia vnímajú farby. To, čo o tejto téme viem, je výsledkom asi troch prednášok, a pár učebníc a vedeckých článkov.

Výhody farebného videnia

Pred tým, ako odpoviem na to AKO, je dobré zamyslieť sa nad tým PREČO ľudia vidia farebne. Kedy v každodennom živote potrebujeme rozoznať farby? Hneď prvé mi napadlo ranné obliekanie sa. Ak sa práve nesnažíme zapojiť sa do nejakého módneho trendu, väčšinou chceme mať na každej nohe rovnakú ponožku. Ponožky majú väčšinou podobnú hmotnosť, tvar a štruktúru. Líšia sa ale farbami.  Vnímanie farieb nám teda umožňuje rozlíšiť inak podobné predmety. Napríklad zrelé čučoriedky alebo jahody by sa nám od tých nezrelých rozoznávali veľmi ťažko, keby nevidíme farby.

Pigmenty okolo nás

Prečo ale zrelé čučoriedky vnímame ako modré? Ovocie vyzerá farebne preto, lebo v sebe má rôzne pigmenty. Pigmenty fungujú ako také malé svetelné filtre. Lapajú svetlo niektorých farieb, zatiaľ čo svetlo iných farieb odrážajú preč ďaleko od seba. Na pochopenie farebného videnia teda treba rozumieť fyzike svetla. V biológií je to už tak. Bez fyziky sa človek nikam nedostane

Svetlo sa skladá z fotónov. Fotón si môžeme predstaviť ako vlnu, ktorá v sebe nesie energiu. Fotóny s najväčšou energiou, ktorú dokážeme vnímať, sa nám javia modré. Fotóny s menšou energiou vnímame ako červené.  Možno si zo školy pamätáte, že svetlo zo slnka obsahuje fotóny všetkých možných farieb. Keď slnko zasvieti na krásnu zrelú čučoriedku, čučoriedkový pigment pochytá nízkoenergetické červené fotóny a odrazí späť vysoko energetické modré fotóny.

Pigmenty v nás

Ak sa práve nachádzame na čučoriedkovom poli, môže sa stať, že toto modré svetlo nám vletí cez zrenicu oka priamo na sietnicu. Sietnica je tenká vrstva buniek, ktorá pokrýva zadnú stenu vo vnútri oka. Obsahuje čierny pigment melanín. Pigment melanín je čierny preto, lebo lapá fotóny všetkých farieb. Melanín teda funguje ako taká špongia na fotóny. Vďaka melanínu, väčšina svetla, ktorá do oka raz vojde, z neho už nikdy nevyjde. Keďže zrenica neodráža svetlo, zrenice pôsobia čierne. Niektoré zvieratá majú sietnice, ktoré dokážu odrážať svetlo. Ich oči potom svietia v tme.

Ešte dôležitejší očný pigment ako melanín je ale fotopsín, ktorý sa nachádza v špeciálnych bunkách – v čapíkoch. Fotopsín funguje ako taký posol. Keď zachytí svetlo, podá o tom správu nervom. Ako to robí? No, to sa dostávame na úroveň molekulárnej biológie. Fotopsín sa skladá z jednej veľkej a z jednej malej molekuly. Tá malá molekula je retinal – upravený vitamín A. Keď retinal pohltí fotón, zmení svoj tvar. Táto zmena tvaru spustí celú kaskádu chemických reakcií, ktoré vedú k tomu, že bunky čapíky nemajú prísun sodíka. Sodík má kladný elektrický náboj. Bez sodíka teda čapíky nadobudnú záporný elektrický náboj. Bunky, ktoré tvoria optický nerv reagujú na tento negatívny elektrický náboj z čapíkov tým, že pomenia elektrické signály, ktoré vysielajú do mozgu.

Čapíky

No ale ako môžu elektrické signály niesť informáciu o farbe? Ľudské oči majú tri typy čapíkov – S, M a L. Fotopsín v S čapíkoch lapá najradšej modré fotóny. M čapíky preferujú zelené fotóny a L čapíky červené fotóny. Asi stojí za to rýchlo pripomenúť, že farba fotónov závisí od ich energie. Rôzne typy čapíkov sú teda citlivé na svetlo rôznej energie.

Pozrime sa bližšie na taký L čapík, ku ktorému práve priletel fotón. L čapík sa teraz musí rozhodnúť, či tento fotón príjme. Dajme tomu, že fotón má nízku energiu – je červený. Je takmer 100% šanca, že ho čapík pohltí. Ak má ale fotón vyššiu energiu (je modrý), L čapík ho pohltí len niekedy. Zo 100 modrých fotónov, L čapík absorbuje len asi 25. Zdá sa teda, že červený pigment sám o sebe dokáže signalizovať, akú farbu vidíme. Modrú farbu vnímame vtedy, ak L čapík zo 100  fotónov pohltí 25 a nie 100.

Načo teda potom potrebujem až tri druhy čapíkov? Nie je jeden dosť? Odpoveď je, že jeden druh čapíkov by nám na farebné videnie rozhodne nestačil. Predstavme si, situáciu v ktorej na L čapíky priletí naraz 400 modrých fotónov. Každý štvrtý fotón bude pohltený. Dokopy teda L čapík prijme 100 modrých fotónov. Reakcia na 400 modrých fotónov je teda rovnaká ako reakcia na 100 červených fotónov. Na to, aby sme videli farby, teda musíme mať minimálne dva druhy čapíkov ktorých náboj môžeme porovnať. Modré svetlo potom rozoznáme tak, že aktivuje štyri krát viac S čapíkov ako L čapíkov.

Čím viac typov čapíkov máme k dispozícií, tým viac porovnaní môžeme robiť a tým viac farieb dokážeme rozoznať. Ľudia, ktorý majú nefunkčné M čapíky nedokážu rozoznať zelenú od červenej. Vnímajú ich ako odtiene tej istej farby – žltej.  Čisto teoreticky, keby máme 4 typy čapíkov, videli by sme viac farieb, ako sme schopný zaznamenať teraz. Tam, kde teraz vidíme žltú, by sme videli farby, ktoré si nedokážeme predstaviť.

Prežívanie farieb – náš vnútorný farebný svet

To aké farby vnímame teda závisí od toho, aké čapíky máme. Človek z inak nastavenými čapíkmi by mohol vidieť predmety, ktoré sa nám zdajú červené ako zelené. Na tento rozdiel vo vnímaní by sme prišli iba veľmi ťažko. Nepomohlo by nám spýtať sa otázky typu: Akú farbu má jahoda? Lebo odpoveď by bola vždy rovnaká – jahoda je červená. To či je moja červená taká istá ako červená iných ľudí asi nedokážeme zistiť. Tu niekde sa už biológia prekrýva s filozofiou.

Z toho, čo som zatiaľ napísala vychádza, že naše prežívanie farieb nesúvisí ani tak so svetom okolo nás ako so stavbou našich očí a mozgov. Ďalší príklad toho, aké relatívne vnímanie farieb je, je fenomén, ktorý sa volá farebná konštancia.  Ide o to, že naše vnímanie farieb je veľmi stále. Také jahody sa nám zdajú červené, či už sa na ne pozeráme v bielom slnečnom svetlo, modrom svetle chladničky alebo v žltom svetle žiarovky. Môže sa zdať, že na tomto fenoméne nie je nič nezvyčajné. Pozrime sa ale bližšie na to, čo sa deje v našich očiach, keď sa pozeráme na čučoriedky v modrom svetle. Modré svetlo má veľmi málo červených fotónov. Svetlo odrazené od jahôd teda bude menej červené a viac modré ako zvyčajne. V modrom svetle by sme teda mali jahody vnímať ako modré. Pozrite sa ale na ilustračný obrázok k tomuto blogu, ktorý pochádza z tvorby japonského umelca Akiyoshi Kitaoka. Jahody v modrom svetle nemajú žiadne červené pixely, ale pôsobia stále červeno. Skúste ale zakryť časť obrázka, ktorá neobsahuje jahody a namiesto červenej uvidíte sivú alebo modrú.

Čo som nepovedala

Doteraz som písala hlavne o čapíkoch. Farby ale nevnímame očami ale mozgom. Mozog je zodpovedný aj za fenomén farebnej konštantnosti. To, ako mozog spracúva signály s čapíkoch je nad rámec toho, čo si trúfam vložiť do takéhoto lajcky zameraného blogu. Už tak mám pocit, že to, čo som napísala bude pre bežného čitatela ťažko pochopiteľné. Snáď sa mi ale podarilo zachytiť to, aká zaujímavá sa mi téma farebného videnia zdá. Ak máte hocijaké otázky, budem rada, ak ich položíte v komentároch.

Teraz najčítanejšie

Paulína Vicenová

Vďaka štedrej podpore Slovákov som od októbra tohto roku začala študovať biomedicínu na Oxfordskej Univerzite.  Som tu preto, aby som sa naučila viac o epigenetike a moderných výskumných metódach.  Snívam o tom, že po ukončení môjho štúdia sa budem podieľať na vývoji nových terapií pre chorých pacientov z rôznych kútov sveta. Cez tento blog by som chcela postupne zdokumentovať svoj študentský život v Oxforde. Možno sa mi takýmto spôsobom podarí pomôcť Slovákom, ktorí by radi šli na kvalitnú školu v zahraničí, ale sú na pochybách, čo všetko to obnáša : ).