Автор: Олег Сивченко. В материале На пазорях и матка дурит я рассказывал о природе и спектре полярных сияний. Сама статья была навеяна впечатлениями от трилогии Филипа Пулмана «Тёмные начала», которую я прочитал в течение 2020–2021 года. При подготовке вышеупомянутой статьи меня особенно заинтересовал факт, что цвет некоторых полярных сияний простирается и в ультрафиолетовую часть. Тогда я задумал как-нибудь написать и о границах зрения (человеческого и не только), а также о возможностях эти границы расширить. Вот и настал час этой публикации.

UPD: 25 января команда «Биореактор» опубликовала в корпоративном блоге компании FirstVDS пост Кибернетические глаза — реальность? ARGUS-II, или второе зрение. Этот пост рассказывает не столько о расширении видимого спектра, сколько о технологических способах борьбы со слепотой, но наверняка заинтересует и читателей моей сегодняшней статьи.

Пределы видимого спектра обусловлены эволюционными и физическими (оптическими) факторами. В оптическом отношении глаз всех млекопитающих устроен очень схоже, отличия прослеживаются преимущественно в количестве светочувствительных клеток — колбочек и палочек — но не в их устройстве. Колбочки отвечают за цветное («дневное») зрение, а палочки — за различение объектов в сумерках и почти полной темноте. В глазу человека содержится 4–5 миллионов колбочек и более 90 миллионов палочек. Колбочки сосредоточены в жёлтом пятне за сетчаткой, которое и отвечает за цветное зрение, а палочки рассредоточены по всему глазному дну, и именно в жёлтом пятне их меньше всего. Фасеточный глаз членистоногих устроен существенно иначе, нежели выпуклый глубокий глаз хордовых, так как насекомому, по-видимому, эволюционно важно не столько «рассмотреть», сколько «заметить» что-либо. Подробнее я писал об этом в статье о фасеточном зрении.

Сегодня уже известно, что расширить видимый спектр человека в ближний инфракрасный диапазон можно как биохимическими, так и бионическими методами, а увидеть ультрафиолет человеку значительно сложнее. Тем не менее, и ультрафиолет, вероятно, доступен для восприятия в результате хирургического вмешательства или мутации. Рассмотрим эти аспекты подробнее.

Биохимия зрения

Итак, глаз оснащён клетками-колбочками, отвечающими за цветовосприятие. У нас три типа колбочек, но большинство млекопитающих обходятся двумя, и поэтому палитра их зрения значительно беднее, чем у нас. Вот, например, как видят одну и ту же сцену человек и собака:

У других животных, например у колибри, видимый спектр шире нашего или сдвинут по сравнению с нашим. Колибри видит гораздо дальше в ультрафиолетовую часть спектра, но не так хорошо воспринимает красные и оранжевые оттенки. Вот как соотносится видимый спектр у человека и у птицы.

Диапазон человеческого цветовосприятия начинается с красного (длина волны около 750 нм) и заканчивается фиолетовым (380 нм). Инфракрасные волны длиннее красных, часть из них мы воспринимаем как тепло. Ультрафиолетовые волны здоровый человек вообще не воспринимает, однако реагирует на поток ультрафиолета, вырабатывая меланин (загорает).

Монохромные цвета радуги часто именуются спектральными. Цвет «возникает», когда свет стимулирует преимущественно один из трёх типов колбочек либо колбочки двух «смежных» типов. Цвета, не входящие в радугу, возникают при стимуляции колбочек «несмежных» типов. Например, человек видит пурпурный цвет, когда свет воздействует одновременно на «красные» и «синие» колбочки, а на «жёлто-зелёные» при этом почти не воздействует. Но у птиц имеется и четвёртый тип колбочек, благодаря чему птичье цветовосприятие гораздо богаче человеческого и допускает различные комбинации ультрафиолетового с красным и ультрафиолетового с зелёным.

Такая расширенная полоса и тонкая фрагментация зрения даёт птицам эволюционное преимущество, поскольку позволяет с большей точностью различать цветы и ягоды. Среди птиц дальше всех в ультрафиолетовый спектр способны заглянуть колибри, питающиеся нектаром и, подобно насекомым, отличающие цветы со «вкусным» и «невкусным» наполнителем. Именно поэтому зрение бабочек и пчёл развито ещё лучше, чем у птиц. Многие бабочки, кажущиеся нам белыми, в ультрафиолетовом спектре сильно отличаются. У них на крыльях проступают узоры, указывающие не только на видовую принадлежность, но и на половой диморфизм.

С другой стороны, эволюция не предусмотрела чисто оптических адаптаций, которые позволяли бы заглянуть в инфракрасный спектр. Однако у многих змей есть специальные теплочувствительные органы, расположенные в углублениях на морде. Особенно развиты такие точки у питонов и гремучих змей; кстати, отряд, к которому относятся гремучие змеи, называется «ямкоголовые». На рисунке, взятом отсюда, показано, как гремучая змея чует мышь. Визуальный и зрительный сенсорные пути у неё отличаются. Фактически, когда мышь находится в поле зрения гремучей змеи, та видит сразу два изображения мыши: оптическое и тепловое.

Вернёмся к человеческому зрению. Чувствительный пигмент колбочек называется йодопсин, а чувствительный пигмент палочек — родопсин. Родопсин на свету быстро выцветает, поэтому работает только в сумерках или полутьме. Пик цветовосприятия йодопсина относится к диапазону 530–560 нм (жёлтые и зелёные оттенки), а с удлинением длины волны активность восприятия монотонно ослабевает.

В 2014 году было опубликовано исследование, согласно которому человеческий глаз при определённых условиях может воспринимать ближний инфракрасный спектр, и ключ к этому заключается именно в устройстве родопсина. Опсин — это белковая составляющая родопсина, а кроме опсина в его молекулу входит также остаток под названием 11-цис-ретиналь. При ровной стимуляции теплом родопсин изомеризуется в случае правильного попадания двух фотонов. Тогда, по данным этого исследования, человек улавливает вспышки инфракрасного света длиной до 1050 нм (человеку они кажутся бледно-зелёными). С воспроизводимостью эксперимента позже возникали проблемы, но, как бы то ни было, такой эффект вряд ли достижим вне лаборатории. Поток более длинных инфракрасных волн станет «шумом», в котором описанный «сигнал» просто утонет.

Сe6 и A2

Но в 2012 году за дело взялся биохакер Габриэль Лисина. Он решил во что бы то ни стало «накатить» человеку инфракрасное зрение и начал с себя.