«Люди дальтоники по сравнению с птицами и многими другими животными», – сказала Мэри Касвелл Стоддард, доцент кафедры экологии и эволюционной биологии Принстонского университета. У людей есть три типа цветочувствительных колбочек в глазах, настроенных на красный, зеленый и синий свет, но у птиц есть четвертый тип, чувствительный к ультрафиолетовому свету. «Четвертый тип цветового конуса не только расширяет диапазон видимых для птиц цветов в УФ, он потенциально позволяет птицам воспринимать комбинированные цвета, такие как ультрафиолет + зеленый и ультрафиолет + красный, – но это было трудно проверить», – сказал Стоддард.
Чтобы изучить, как птицы воспринимают свой красочный мир, Стоддард и ее исследовательская группа создали новую полевую систему для изучения цветового зрения птиц в естественных условиях. Работая в Биологической лаборатории Скалистых гор (RMBL) в Готике, штат Колорадо, исследователи обучили диких широкохвостых колибри (Selasphorus platycercus) участвовать в экспериментах по цветовому зрению.
«Наиболее подробные эксперименты по восприятию птиц проводятся в лаборатории, но мы рискуем упустить более широкую картину того, как птицы на самом деле используют цветовое зрение в своей повседневной жизни», – сказал Стоддард. "Колибри идеально подходят для изучения цветового зрения в дикой природе. Эти сахарные изверги эволюционировали, чтобы реагировать на цвета цветов, которые рекламируют нектарную награду, поэтому они могут быстро и с небольшой подготовкой изучать цветовые ассоциации."
Команду Стоддарда особенно интересовали «неспектральные» цветовые комбинации, которые включают оттенки из широко разделенных частей цветового спектра, в отличие от смешения соседних цветов, таких как бирюзовый (сине-зеленый) или желтый (зеленый-красный).
Для людей фиолетовый – самый яркий пример неспектрального цвета. Технически фиолетового нет в радуге: он возникает, когда стимулируются наши синие (коротковолновые) и красные (длинноволновые) колбочки, но не зеленые (средневолновые) колбочки.
В то время как люди имеют только один неспектральный цвет – фиолетовый, птицы теоретически могут видеть до пяти: фиолетовый, ультрафиолетовый + красный, ультрафиолетовый + зеленый, ультрафиолетовый + желтый и ультрафиолетовый + фиолетовый.
Стоддард и ее коллеги разработали серию экспериментов, чтобы проверить, видят ли колибри эти неспектральные цвета. Их результаты появятся 15 июня в Трудах Национальной академии наук.
Исследовательская группа, в которую вошли ученые из Принстона, Университета Британской Колумбии (UBC), Гарвардского университета, Университета Мэриленда и RMBL, каждое лето в течение трех лет проводила эксперименты на открытом воздухе. Сначала они создали пару светодиодных трубок "птичьего зрения", запрограммированных на отображение широкого диапазона цветов, включая неспектральные цвета, такие как ультрафиолет + зеленый.
Затем они провели эксперименты на альпийском лугу, который часто посещают местные широкохвостые колибри, которые размножаются на высокогорье.
Каждое утро исследователи вставали до рассвета и устанавливали две кормушки: одну с сахарной водой, а другую с простой водой.
Рядом с каждым фидером поставили светодиодную трубку. Трубка рядом с сахарной водой излучала один цвет, а трубка рядом с простой водой – другого цвета.
Исследователи периодически меняли местами трубочки с наградами и без награды, поэтому птицы не могли просто определить местоположение сладкого угощения. Они также провели контрольные эксперименты, чтобы убедиться, что крошечные птички не использовали запах или другой непреднамеренный сигнал, чтобы найти награду. За несколько часов дикие колибри научились посещать этот полезный цвет. Используя эту установку, исследователи зарегистрировали более 6000 посещений кормушек в серии из 19 экспериментов.
Эксперименты показали, что колибри могут видеть различные неспектральные цвета, включая фиолетовый, ультрафиолетовый + зеленый, ультрафиолетовый + красный и ультрафиолетовый + желтый. Например, колибри легко отличили ультрафиолет + зеленый от чистого ультрафиолета или чистого зеленого, и они различали две разные смеси ультрафиолета + красного света – на один красный цвет и на один меньше.
«Это было потрясающе, – сказал Гарольд Эйстер, доктор философии UBC.D. студент и соавтор исследования. «Ультрафиолет + зеленый свет и зеленый свет казались нам идентичными, но колибри продолжали правильно выбирать ультрафиолет + зеленый свет, связанный с сахарной водой. Наши эксперименты позволили нам заглянуть в мир колибри."
Несмотря на то, что колибри могут воспринимать неспектральные цвета, понять, как эти цвета кажутся птицам, может быть сложно. «Невозможно понять, как птицы воспринимают эти цвета.
Ультрафиолет + красный – смесь этих цветов или совершенно новый цвет?? Мы можем только предполагать », – сказал Бен Хоган, научный сотрудник Принстона и соавтор исследования.
«Вообразить дополнительное измерение цветового зрения – это азарт и задача изучения того, как работает птичье восприятие», – сказал Стоддард. "К счастью, колибри показывают, что могут видеть то, что мы не можем."
«Цвета, которые мы видим на полях полевых цветов на нашем исследовательском участке, столице полевых цветов штата Колорадо, ошеломляют нас, но только представьте, как эти цветы выглядят для птиц с этим дополнительным сенсорным измерением», – сказал соавтор Дэвид Иноуе. , который связан с Мэрилендским университетом и RMBL.
Наконец, исследовательская группа проанализировала набор данных из 3315 цветов перьев и растений. Они обнаружили, что птицы, вероятно, воспринимают многие из этих цветов как неспектральные, а люди – нет. Тем не менее, исследователи подчеркивают, что неспектральные цвета, вероятно, не являются чем-то особенным по сравнению с другими цветами.
Широкое разнообразие неспектральных цветов, доступных птицам, является результатом их древней четырехцветной визуальной системы.
«Тетрахроматия – четыре типа цветных колбочек – эволюционировала у ранних позвоночных», – сказал Стоддард. "Эта система цветового зрения является нормой для птиц, многих рыб и рептилий и почти наверняка существовала у динозавров. Мы думаем, что способность воспринимать многие неспектральные цвета – это не просто подвиг колибри, но широко распространенная особенность цветового зрения животных."