amadina Gouldovej - gouldianfinches.eu

Svetlo, jeho vlastnosti a jeho vnímanie ľuďmi a vtákmi

 

Úvod – prvý vedecký pokus

 

Ľudia dlho nevedeli ako farby vznikajú. Mysleli si, že farby vyrába ľudské oko, alebo že farby sú niečo trvalé, neoddeliteľné od vecí. Prvý, kto do tohto problému vniesol nové svetlo, bol Angličan Issac Newton (1643 - 1727). V januári roku 1666 uskutočnil Newton pokus: do tmavej miestnosti cez malý otvor vpustil slnečný lúč, ktorý na protiľahlej stene vytvoril svetelný obraz z bieleho svetla. Pokus pokračoval tým, že svetelnému lúču postavil do cesty trojboký hranol z číreho skla. Na stene sa objavilo sedem farieb dúhy: červená, oranžová, žltá, zelená, modrá, indigová a fialová. Newton ich nazval spektrum, čo je latinské slovo, ktoré by sa dalo preložiť ako vidina, prízrak alebo prelud. Newton následne použil ešte jeden hranol a postavil ho za prvý, ale hranou dole a opäť sa objavil "obyčajný - biely" lúč svetla. Newton teda usúdil, že slnečné svetlo je zložené zo siedmych farieb dúhy, možno ho teda rozložiť a opäť zložiť, čo dokázal svojim pokusom. Svoju úvahu uzatvára takto: „Pretože sú farby vlastnosťami svetla, majúc jeho lúče za svoj vnútorný a bezprostredný subjekt, môžeme si tiež myslieť, že tieto lúče sú tiež vlastnosťami bez toho, aby jedna vlastnosť mohla byť subjektom inej a podporovať ju,...". Teda ak sú farby vlastnosťami svetla, súvisí s nimi aj otázka vzniku a šírenia svetla. Sám Newton k tomu hovorí: „Ale nie je tak ľahké určiť dokonalejšie, čo je svetlo, akým spôsobom sa láme a akými spôsobmi, alebo aké účinky vytvára v našich mysliach predstava farieb."

 

História svetla a farieb

Už grécky filozof Aristoteles (384 - 322 pred n. l.) bol toho názoru, že svetlo je niečo priehľadné, čo sa šíri ako vlny na vodnej hladine. Nesúhlasil teda s názormi svojho predchodcu Demokrita (asi 460 - 370 pred n. l.), ktorý bol presvedčený, že svetlo je prúd častíc, ktoré neustále vysiela každý viditeľný predmet. Tak začal vedecký spor či je svetlo vlnenie, alebo prúd častíc.

 

Roku 1690 vydal holandský vedec Christian Huygens (1629 - 1695) traktát o svetle, v ktorom tvrdí, že svetlo je postupujúci rozruch. Zo svetelného zdroja sa šíri všetkými smermi vo svetelnom éteri, čo je neviditeľná, nemerateľná látka, ktorá preniká celým vesmírom. Huygens považoval toto vlnenie za pozdĺžne, podobne ako zvukové vlnenie vo vzduchu. Newton sa klonil skôr k teórii korpuskulárne, ako napísal vo svojej Optike: „... predpokladám, že svetlo je niečo, čo sa rôznym smerom šíri zo svietiacich telies.“

 

Až roku 1801 vykonal Angličan Thomas Young (1773 - 1829) dômyselný pokus. Svetlo sviečky nechal prechádzať dvoma úzkymi otvormi v nepriehľadnej prekážke. Na tienidle sa objavili svetlé a tmavé pruhy, čo pripisoval kríženiu svetelných vĺn. Jeho dôkazy však neboli dosť presvedčivé, a tak o 14 rokov neskôr predviedol ten istý pokus francúzsky inžinier Augustin Jean Fresnel (1788 - 1827), ktorý podal aj dôsledné matematické zdôvodnenie vlnovej teórie svetla. Podľa neho sa svetlo šíri éterom vo forme vĺn, no nie pozdĺžnych (ako sa domnieval Huygens), ale priečnych. Pomocou tejto zdokonalenej teórie dokázal Fresnel vysvetliť všetky v tej dobe známe optické javy.

 

 

Na začiatku šesťdesiatych rokov 19. storočia prišiel s novou teóriou Škót James Clark Maxwell (1831 - 1879), ktorý vytvoril teóriu elektromagnetického poľa. Vo svojej knihe „Dynamické teórie elektromagnetického poľa“ (1864) dospel k záveru, že "svetlo a magnetizmus sú javy tej istej podstaty a svetlo je elektromagnetický vzruch, ktorý sa šíri poľom podľa elektromagnetických zákonov.“ Táto teória vedela vysvetliť všetky optické javy (priamočiare šírenie svetla, odraz, lom a ohyb svetla, interferenciu i disperziu), ale necharakterizovala éter - prostredie, v ktorom sa svetlo šíri. Až v roku 1887 americký fyzik Albert Abraham Michelson (1852 - 1931) dokázal, že žiadny éter neexistuje. Pomocou interferometra zistil, že svetlo sa šíri rovnakou rýchlosťou (300 000 km/s) vo vzduchu, aj vo vákuu. Roku 1899 preukázal experimentálne Maxwellovu teóriu aj nemecký fyzik Heinrich Hertz (1857-1894).

Teraz už bolo jasné, že farby sú elektromagnetické vlnenia rôznej vlnovej dĺžky. Viditeľné svetlo má vlnovú dĺžku 390 (fialová) až 790 nm (červená). Medzi elektromagnetické vlnenie za červenou farbou patrí infračervené žiarenie
(790 nm - 300 000 nm), mikrovlny a rádiové vlny. Vlnenie s kratšou vlnovou dĺžkou ako svetlo je ultrafialové žiarenie (390 nm - 10 nm), röntgenové žiarenie, žiarenie gama a kozmické žiarenie.

 

Pri dokazovaní existencie elektromagnetických vĺn narazil Hertz na zaujímavý jav. Zistil, že niektoré svetelné lúče dokážu vyrážať z povrchu kovov elektróny. Všimol si, že túto schopnosť majú lúče blížiace sa fialovej farbe a lúče z červenej strany spektra nie, ale nedokázal tento jav vysvetliť. S vysvetlením fotoelektrického javu prišiel až v roku 1905 nemecký fyzik Albert Einstein (1879 - 1955), ktorý za neho dostal
roku 1921 Nobelovu cenu. Pre vysvetlenie fotoelektrického javu potreboval Einstein kvantovú teóriu, ktorej základy položil nemecký vedec Max Karl Ernest Ludwig Planck (1858 - 1947). Teória hovorí, že svetlo je vyžarované a pohlcované a šíri sa v kvantách (fotónoch), teda vychádza zo zavrhovanej korpuskulárnej teórie. Tým však nebola potlačená teória vlnová, pretože kvantová teória nevie vysvetliť napríklad interferenciu.

A tak vedci prijali názor, že svetlo má povahu vlnovú aj korpuskulárnu (časticovú). Za určitých podmienok sa chová ako prúd fotónov, inokedy ako vlnenie.

 

Vznik farieb

Newton síce svojim pokusom s hranolom ukázal, že svetlo je zložené zo siedmych farieb dúhy, ale ešte na začiatku 19. storočia sa o jeho pokuse viedli diskusie. Jeho dielo študoval aj francúzsky osvietenec Voltaire (1694 - 1778), ktorý o Newtonovi vyhlásil: „Newton je najmocnejším mužom, ktorý kedy žil. Vládne naším duchom, silou svojich právd." Ale Newton mal aj svojho odporcu, ktorým bol nemecký básnik a prírodovedec Johann Wolfgang Goethe (1749 - 1832). Ten vydal roku 1810 svoju knihu „Náuka o farbách“, v ktorej sú napísané výsledky jeho dvadsaťročných pozorovaní a pokusov. Toto dielo má hodnotu skôr umeleckú, než vedeckú. Podľa Goetheho odporujú Newtonove pokusy našim skúsenostiam. On sám sa totiž riadil zásadou, že stačí len vnímať svet okolo seba a uvidíme, ako farby vznikajú. Definíciu farieb stanovil pomocou svojich pozorovaní odleskov na snehu, a tak došiel k názoru, že „farba je príbuzná tieňu, rada sa s ním spája a rada sa nám v ňom zjavuje a skrze neho...". Teda, ako hovorí inde: „Farby sú dcéry svetla a tieňa." Jeho omyl pramení z toho, že farby ako ich vnímajú naše zmysly, sú odlišné od tých, ktorými sa zaoberá fyzika.

Tri základné farby spektra, pomocou ktorých sa dajú vyrobiť všetky farby sú červená, zelená a modrofialová, kým maliar by za nenahraditeľnú považoval červenú, modrú a žltú. Spektrálne farby totiž vznikajú aditívnym miešaním základných farieb (červená, zelená, modrá). Ak po dvojiciach skombinujeme tieto základné spektrálne farby vznikne žltá, kyanitová (odtieň modrej) a fuchsinová (odtieň červenej) a kombináciou všetkých troch farieb získame bielu.

 

Maliarska farba vlastne vôbec farbou nie je, iba obsahuje pigment, ktorý odráža, prepúšťa alebo pohlcuje svetlo rôznej vlnovej dĺžky. Čím viac svetla povrch telesa pohlcuje, tým sa zdá tmavšie. Napríklad molekuly v kôre citróna pohlcujú väčšinu farieb spektra a odrážajú lúče žlté, preto ho vidíme žltý. Sneh odráža takmer všetky farebné lúče, a tým sa nám javí biely. Sadze naopak všetky farby pohlcujú, a tak sa zdajú čierne. Pigmenty teda vytvárajú farbu tak, že odpočítajú rôzne zložky spektra, a preto sa toto miešanie nazýva subtraktívne (subtractio - latinsky odčítanie). Týmto spôsobom vznikne z modrej a žltej farby zelená...

Farba predmetu nezávisí len od schopnosti jeho povrchu danú farbu lúča pohlcovať alebo odrážať, ale aj na zložení svetla. Napríklad modrý povrch odráža modré lúče a skoro všetky ostatné pohlcuje, preto sa nám modrý predmet môže v červenom svetle javiť ako čierny. Vo svetle žiaroviek sa nám zase zle rozoznáva modrá od fialovej a čiernej, pretože je v ňom viac červenožltých a menej modrofialových tónov, než vo svetle slnečnom.

 

Farby môžu vznikať pomocou fyzikálnych javov aj tam, kde žiadne pigmenty nie sú. Uvedieme si niekoľko príkladov, s ktorými sa stretávame prakticky denne.

 

Dúha: Tým, že majú kvapky dažďa guľovitý tvar, dopadajú na jej povrch pod rozličným uhlom od 0° až po 90°. Nie všetky lúče sa však zúčastňujú na tvorbe dúhy. Pokiaľ ide o klasickú dúhu s jedným oblúkom (hlavná dúha), svetelné lúče na dažďovú kvapku dopadajú pod uhlom 60°. Akonáhle svetelný lúč narazí o povrch kvapky, láme sa na farby spektra, nakoľko jednotlivé farby majú rôznu vlnovú dĺžku (od ultrafialovej až po infračervenú). Pri náraze a následnom lámaní svetelného lúča dochádza taktiež k odrazu určitého percenta z celého lúča, tzn. že sa lúč rozdelí na časť, ktorá sa od kvapky odrazí a na časť, ktorá ďalej preniká kvapkou. Neskôr zväzok farebných lúčov opäť naráža o stenu kvapky (teraz už však z vnútornej strany, každá farebná dĺžka oddelene) a opäť určité percento uniká preč z kvapky a zvyšok pokračuje k poslednej fáze, kde sa lúče poslednýkrát odrazia a prichádzajú k nám pod uhlom 42°. Samozrejme, nie každý lúč dopadá na kvapku pod rovnakým uhlom, preto pri jej opúšťaní sa vejárovite rozchádzajú. Výsledkom celého tohto procesu je, že vidíme na oblohe oblúk farieb zoradených od červenej po fialovú, teda dúhu.

 

Obloha: jej farba má viac menej intenzívnu modrú farbu. V skutočnosti je však obloha čierna. Prečo sa nám teda zdá obloha z pohľadu zemského povrchu bledomodrá? Odpoveď na túto otázku nám dal fyzik John William Strutt Rayleigh. Vysvetlil, že farba oblohy závisí od rozptylu slnečných lúčov na drobných čiastočkách v atmosfére. Čiastočky vzduchu alebo vody rozptyľujú najmä krátkovlnové lúče, čiže najkratšie lúče spektra (belasé a fialové). To znamená, že vo vzduchu je bohatšie fialové a modré sfarbenie, preto sa nám zdá, že obloha je modrá. Toto tvrdenie sa však vzťahuje len na čiastočky vody a vzduchu, ktorých rozmery sú menšie ako dĺžka svetelnej vlny. Inak by došlo k rovnakému rozptylu všetkých farieb, a teda obloha by mala bielošedý odtieň. Toto sfarbenie určuje množstvo častíc v ovzduší.

 

Zore: Sfarbenie obzoru pri východe a západe slnka. Tento jav súvisí s rozptyľovaním červených a žltých lúčov v atmosfére. Preto pri západe či východe slnka tieto farby prevládajú. Zore sú tým červenšie čím viac vodnej pary je v ovzduší. To znamená, že keby bola atmosféra dokonale suchá a čistá, zore by sme nepozorovali. Taktiež intenzita farieb záleží od nasýtenia vzduchu vodnými parami. Napríklad v nižších zemepisných šírkach sú zore omnoho intenzívnejšie ako na horách. Je to preto, lebo na nížinách je teplejšie, teda sa aj viac vody vyparí do vzduchu.

 

More: získava svoju farbu čiastočne odrazom oblohy a tiež vďaka mikroskopickým čiastočkám obsiahnutých vo vode, na ktorých sa svetlo rozptyľuje. Pri brehu sa zdá často more bledozelené, pretože zrnká piesku rozptyľujú svetlo s väčšou vlnovou dĺžkou, morské riasy zase odrážajú farbu červenohnedej.

 

Farebné efekty CD disk: Na tenkých vrstvách vznikajú farebné efekty vyvolané interferenciou, čo je kríženie svetelných vĺn. Vznikajú tak dúhové farby na mydlových bublinách alebo na olejových škvrnách. Tento jav môžeme pozorovať aj v živej prírode. Meňavé farby motýlích krídel, kolibríkov alebo pávích pier sú tiež spôsobené interferenciou, ktorá vzniká na malých eliptických doštičkách v tenkej hornej vrstve peria alebo krídiel.

 

Sfarbenie zvierat v prírode je veľmi zaujímavé. Zvieratám žijúcim v tme alebo v zasnežených krajoch často pigment úplne chýba. Niekedy je ale nedostatok pigmentu spôsobený postihnutím nazývaným hypochromie, v krajnom prípade albinizmom. Iná porucha je schozochroizmus, kedy chýba niektoré farbivo. Táto vada spôsobuje vzácne sfarbenie zlatých rybičiek, ktoré vlastne trpia xanthorizmom (majú len žltý pigment) alebo modrých líšok (chlorizmus). Opakom albinizmu je melanizmus, čo je nadbytok tmavých pigmentov. V posledných stopäťdesiatich rokoch sú pozorované prípady tzv. priemyselného melanizmu, kedy sa zvieratá prispôsobujú zmeneným životným podmienkam. Tento prípad bol sledovaný prvýkrát v Anglicku koncom sedemdesiatych rokov 19. storočia. Motýľ zvaný drsnokrídlec brezový zmenil v dôsledku priemyselného rozvoja svoje sivobiele škvrnité zafarbenie za čierne, aby sa tak prispôsobil stromom znečisteným popolčekom a sadzami.

 

Svetlo

 

Teória svetla

Viditeľné svetlo je časť elektromagnetického spektra s vlnovou dĺžkou viditeľného svetla vo vákuu 380 nm (fialová zložka) až 780 nm (červená zložka). Presnejšie povedané tento rozsah je viditeľným svetlom pre človeka.

 

Základná podstata indexu farebného podania je pravidlo odrazu svetla (elektromagnetického žiarenia) od materiálov. Je to odraz žiarenia rôznych vlnových dĺžok od pozorovaných predmetov. Znamená to, že vnímame červený predmet len preto, lebo sa od neho odráža práve vlnová dĺžka červenej farby. Ak by táto vlnová dĺžka chýbala v svetelnom žiarení, nevideli by sme ju a vnímali by sme ju ako šedú.

 

Lom svetla

 

Svetelné vlny sa obyčajne pohybujú priamočiaro. Môžu však meniť smer, ak sa stretnú s prekážkou, alebo aj keď prechádzajú z jedného prostredia do druhého. Lom svetla nastáva pri prechode svetla optickým rozhraním, napríklad zo vzduchu cez štruktúru peria. Ak svetelné lúče prechádzajú z jednej látky do druhej líšiacej sa hustotou, ich rýchlosť sa mení. Lámu sa, takže im hovoríme lomené lúče. To, o koľko sa spomalia, závisí od hustoty látky. Svetlo sa zrýchľuje, keď prechádza do redšej látky a spomaľuje sa, keď prechádza do hustejšieho prostredia. Pri prechode svetla z redšieho prostredia do hustejšieho nastáva lom ku kolmici. Pri prechode svetla z hustejšieho prostredia do redšieho nastáva lom od kolmice.

Interferencia svetla

 

Keď sa svetelné lúče odrážajú alebo lámu, môžu sa ich dráhy prekrížiť, a tak nastane interferencia. Ak spolu svetelné lúče interferujú, niektoré vlnové dĺžky sa zrátajú, iné odrátajú, a tak sa môžu objaviť farby, napríklad farby povrchu peria.

 

Pri odraze na hranici medzi opticky redším prostredím a opticky hustejším prostredím sa mení fáza odrazeného vlnenia – v opačnom prípade sa fáza nemení.

 

Posunutie o 1/2 vyjadruje zmenu fázy pri odraze na hranici medzi opticky redším a opticky hustejším prostredím.

Pozitívna interferencia (zosilnenie) nastane vtedy, ak sú oba lúče vo fáze.

 

Negatívna interferencia (zoslabenie) nastane vtedy, ak sú oba lúče v protifáze.

 

Interferencia predstavuje vo fyzike skladanie (superpozíciu) niekoľkých koherentných vlnení rovnakého druhu do jedného výsledného vlnenia. 

V optickom prostredí sa môže vlnenie šíriť od viacerých zdrojov. Výsledné kmitanie je vektorovým súčtom dielčich kmitov. V oblasti, kde sa vlnenia prekrývajú, bude podľa princípu superpozície výsledné vlnenie vektorovým súčtom jednotlivých vlnení. Teda výchylka určitého elementu prostredia bude vektorovým súčtom výchyliek, ktoré by daný element mal mať od každého z vlnení. Môže nastať zväčšenie, zmenšenie alebo dokonca aj zrušenie výchylky v danom mieste. Takéto prejavy prekrývania sa vlnení nazývame interferenčné javy. Interferenčné javy môžeme pozorovať iba v prípade, že interferujúce vlnenia sú koherentné.

Ako vnímajú farby ľudia

Tajomstvom ľudského oka sa ľudia začali zaoberať v súvislosti s otázkami týkajúcimi sa svetla. Už starí Gréci mali dobré vedomosti o stavbe oka, dokonca vykonávali aj očné operácie. Napriek tomu si pytagorejci proces videnia predstavovali tak, že z očí vystupujú lúče, ktoré ohmatávajú predmety. Atomisti sa zase domnievali, že od svietiacich alebo osvetlených telies sa nepretržite oddeľujú akési otlačky, ktoré dopadajú do oka.

 

Tieto a im podobné teórie sa udržali až do 17. storočia, kedy nemecký jezuita Christoph Scheiner (1575 - 1670) vykonal jednoduchý pokus. Vzal oko čerstvo zabitého zvieraťa, odstránil povrch a odkryl sietnicu. Na nej zbadal drobné prevrátené obrázky predmetov nachádzajúcich sa pred okom. Že týmto spôsobom funguje aj oko živé, potvrdil roku 1823 český vedec Jan Evangelista Purkyně (1787 - 1869). Ten tiež opísal pokus, keď pozoroval za súmraku modrú obálku s červenou pečaťou. Kým červená pečať tmavla, modrá sa stávala jasnejšou, aj keď oboje strácali farbu. Tento jav bol po ňom pomenovaný Purkyňův fenomén. K vnímaniu farieb nám slúžia dva druhy receptorov - tyčinky a čapíky, ktoré sú uložené v predposlednej vrstve sietnice. Čapíky majú schopnosť vnímať farby, zatiaľ čo tyčinky reagujú viac na intenzitu svetla. Ich prostredníctvom vidíme za šera, keď už čapíky prestanú reagovať, ale iba čiernobielo. Ale aj tyčinky reagujú na farby, hlavne na modrozelenú časť spektra, zatiaľ čo čapíky reagujú viac na červenožltú časť spektra.

Dôležitý objav urobil aj Thomas Young, ktorý okrem objavu akomodácie šošovky a zistenia vzniku astigmatizmu (chorobné zakrivenie rohovky) usúdil, že v oku sú tri druhy receptorov na vnímanie červenej, zelenej a modrej farby. Jeho teóriu rozvinul nemecký fyzik a fyziológ Hermann von Helmholtz (1821 - 1894), ktorý súhlasil s tromi druhmi receptorov, ktoré sú však dráždené všetkými farbami, ale rôznou mierou, a tak vznikajú farebné vnemy. S trochu inou teóriou prišiel nemecký fyziológ a psychológ EwaldHering (1834 - 1918), podľa ktorého existujú štyri základné
farby - červená, zelená, modrá a žltá a len dva typy receptorov, ktoré reagujú na dvojice farieb červená - zelená a modrá - žltá. Neskôr pridal ešte jeden receptor reagujúci na čiernu a bielu. Až americký chemik GeorgeWald zistil, že existujú tri druhy čapíkov obsahujúce rôzne druhy pigmentov reagujúce na červenú, zelenú a modrú farbu.

 

V skutočnosti čapíky určené pre jednu farbu zároveň tlmia vnemy pre ostatné farby. Tak napríklad červená farba stimuluje čapíky citlivé na červenú a zároveň znižuje citlivosť voči zelenej. Podobne signály modrej farby utlmujú impulzy pre červenú a zelenú, pretože tie dohromady produkujú žltú - protiklad modrej.

Tyčinky sa v najväčšom počte nachádzajú na okraji sietnice. Smerom k stredu sietnice sa vyskytujú popri tyčinkách aj čapíky. V blízkosti stredu (Fovea) je častejší výskyt čapíkov a v strede sietnice sú len nahustené čapíky. Toto miesto sa volá žltá škvrna (Macualutea). Čapíky sú tam tak nahustené, že sú oveľa jemnejšie a tenšie ako kdekoľvek inde v sietnici. Preto pri dostatočne silnom osvetlení/denné videnie (fotonické videnie) - v činnosti sú hlavne čapíky/v strede zorného poľa oka vidíme veci najfarebnejšie, najjasnejšie a najostrejšie, s dobrým rozoznaním detailov.

V jasnom svetle majú tyčinky veľmi malú citlivosť, ale v tme sa ich schopnosť vidieť svetlo časom zväčšuje. Červené (dlhovlnné) čapíky majú maximálnu citlivosť pri vlnovej dĺžke okolo 560 - 565 nm, zelené (strednovlnné) pri 535 - 540 nm a modré (krátkovlnné) pri 430 - 440 nm (Hahn, 1995). Všetky tyčinky obsahujú rovnaký pigment – bielkovinu rodopsín. Rodopsín po absorpcii svetelného kvanta sa rozkladá a po čase (za niekoľko minút) spätne regeneruje. Pri veľkom osvetlení je rodopsín takmer úplne rozložený, preto citlivosť tyčiniek klesá. V prípade farbiva v čapíkoch je pri veľkom osvetlení „zahltený“ mozog a výslednú farbu interpretuje ako bielu. Preto vysokointenzívne zdroje svetla vidíme biele, aj keď biele v skutočnosti nie sú.

Obr. To, že čapíky v ľudskom oku pomenúvame ako čapíky vnímajúce jednotlivé farby nie je celkom správne. Správnejšie je: 3 typy čapíkov L (pre dlhé vlnové dĺžky), M (pre stredné vlnové dĺžky) a S (pre krátke vlnové dĺžky).

Z biochemického hľadiska sa v sietnici odohráva nasledujúca zjednodušená verzia činnosti: svetlo dopadne na sietnicu a reaguje s molekulou retinaldehydu, ktorá okamžite zmení tvar. Zmena tvaru prinúti rodopsín (rhodopsin), ktorý je s touto molekulou úzko spojený, aby tiež zmenil tvar. Zmena tvaru rodopsínu spôsobí, že sa spojí s ďalšou bielkovinou, transducínom. Keď k tomu dôjde, transducín vypustí malú molekulu a na jeho miesto prijme inú, ktorá sa nepatrne líši. Proteín transducín je teraz spojený s treťou bielkovinou, fosfodiesterázou (phosphodiesterase), ktorá má schopnosť rozštiepiť tretiu molekulu, ktorá zablokuje kanály pre prechod sodíkových iónov. Výsledná nerovnováha kladných a záporných sodíkových iónov vo vnútri a mimo bunkovej membrány spôsobuje elektrické napätie, ktoré prenáša očný nerv a mozog ho premieňa na zrakový vnem (Behe in Nelson, 1998).

Akákoľvek porucha zastúpenia či funkcie čapíkov vyvoláva farbosleposť, ktorá je dedičná a nedá sa liečiť. Úplná farbosleposť vzniká ak sú aktívne iba tyčinky, takže postihnutý vidí iba čiernobielo (k tomu však dochádza veľmi zriedkavo). Oveľa bežnejšia je čiastočná farbosleposť tzv. dichromázia, čo je schopnosť rozlišovať len dve základné farby. Farbosleposť môže vzniknúť aj vtedy, ak sú zastúpené všetky druhy čapíkov, ale nie v správnom počte. Táto vada sa volá anomálna trichromázia a spôsobuje, že oko vidí niektoré farby nesprávne a na niektoré farby má zníženú citlivosť.
Je zaujímavé, že receptory reagujú aj na ultrafialové žiarenie. Za normálnych okolností očná šošovka toto žiarenie odfiltruje, ale ľudia, ktorým je v dôsledku choroby šošovka nahradená umelou, dokážu vidieť predmety osvetlené len ultrafialovým žiarením.

Ako vidia farby vtáky

 

Vtáčie videnie sa líši od ľudského v troch hlavných ohľadoch, ktoré pravdepodobne tvoria závažné rozdiely v ich vnímaní farby:

 

 

1.  Väčšina vtákov je schopná vnímať takmer - UV svetlo vlnovej dĺžky kratšej ako 400 nm (túto vlnovú dĺžku ľudia nevnímajú, pretože nastáva pohltenie. Keďže v ozónovej vrstve zeme nastáva pohlcovanie UV svetla len málo prirodzeného UV svetla je dostupného vo vlnových dĺžkach kratších ako 300 nm. Následne porovnaním rozsahu videnia ľudí (400 - 700 nm), vtáky môžu vnímať širšiu spektrálnu škálu, zvyčajne 320 - 700 nm).

 

2.  Sietnice vtákov a ľudí sa líšia v počte a type prítomných čapíkov, ktoré sú zodpovedné za vnímanie farieb. U ľudí existujú tri druhy čapíkov obsahujúce rôzne druhy pigmentov reagujúcich na červenú, zelenú a modrú farbu. V skutočnosti čapíky určené pre jednu farbu zároveň tlmia vnemy pre ostatné farby. Tak napríklad červená farba stimuluje čapíky citlivé na červenú a zároveň znižuje citlivosť voči zelenej. Podobne signály modrej farby utlmujú impulzy pre červenú a zelenú, pretože tie dohromady produkujú žltú - protiklad modrej. Naopak vtáky vlastnia 5 typov čapíkov: sú u všetkých vtáčích druhov v podstate rovnaké, hoci sú menšie rozdielnosti medzi druhmi. Väčšina vtákov vrátane spevavcov – Passeriformes (a papagájca vlnkovaného – andulky) sú schopné vnímať svetlo vlnovej dĺžky okolo 355 - 380 nm. Naopak u Anseriformes, Ciconiiformes, Columbiformes a Galliformes je čapík citlivý na UV svetlo nahradený fialovo citlivým čapíkom.

 

3.  (l max 400 - 426 nm). Dôvody tejto rozdielnosti medzi vtáčími rodmi sú nateraz neznáme, ale je dôležité, že obidva čapíky, teda UV a fialovo citlivý dovoľujú vtákom vidieť v UV spektre svetla. Ďalšie tri čapíky u vtákov vnímajú v oblastiach krátkovlnné (l max 430 - 463 nm), strednovlnné (l max 497 - 510 nm) a dlhovlnné (l max 543 - 571 nm).

 

4.  U vtákov každý z piatich jednoduchých čapíkov obsahuje odlišný typ olejových kvapôčiek, cez ktoré musí svetlo prejsť. Na všetkých čapíkoch sa nachádzajú olejové kvapôčky - karotenoidné pigmenty, ktoré slúžia ako filtre pre prichádzajúce svetlo. Sú to guľovité organely na distálnom konci vnútorných segmentov čapíkov a sú uložené tak, že aspoň časť svetla vždy musí prejsť týmito kvapôčkami. Bolo zistených viac funkcií, ktoré tieto kvapôčky môžu zastávať, napríklad ochrana pred nebezpečnou UV radiáciou, zlepšenie dopadu fotónov,... Najväčší dôraz je dnes však kladený na ich účinok na spektrálnu citlivosť a rozlíšenie farieb. Fungujú ako filtre, ktoré absorbujú krátke vlnové dĺžky. Výsledkom potom je redukcia prekrytia priliehajúcich vlnových dĺžok na čapíkov, čo zlepšuje lepšiu detekciu širokého farebného spektra a farebnú vnímateľnosť.

 

Obr. Takže zatiaľ čo vtáky môžu mať 5 typov čapíkov a 3 ďalšie druhy olejových kvapôčiek, čo celkovo predstavuje 8 efektívnych typov receptorov, každý je naladený na inú optimálnu frekvenciu. Inými slovami, veľa vtákov vidí svet 2 až 3 krát farebnejšie, ako ho vnímajú ľudia.

 

Vtáky sa odlišujú od ľudí nielen v možnosti vnímať UV svetlo, ktoré zväčšuje rozsah vnímaných vlnových dĺžok, ale tiež lepšiu odlíšiteľnosťou jednotlivých farieb oproti ľudskému vnímaniu. Vtáky majú teda zvýšenú farebnú vnímavosť, ktorá nemôže byť preložená do ľudskej skúsenosti – vtáky nevidia to, čo vidíme my a naopak.

 

 

 

pohlcovanie/absorbovanie viditeľných pigmentov v čapíkoch u amadín Gouldovej (Erythruragouldiae): UV = ultrafialové, SW = krátkovlnné, MW = stredné vlny, LW = dlhovlnné. Na porovnanie, vlnové dĺžky maximálnej spektrálnej citlivosti modrých, zelených a červených ľudských čapíkov sú označené šípkami v hornej časti obrázku.