Menn sjá aðeins rafsegulbylgjur á tilteknu öldulengdarbili sem ljós, og líklegt er að svipað gildi um flest önnur dýr. Þessa takmörkun bilsins má trúlega rekja til þess að bylgjur á þessu bili berast vel í vatni og sjónin þróaðist fyrst hjá dýrum í hafinu. Litnemar augans, keilurnar, eru yfirleitt þrenns konar í mönnum, hver tegund með einu litarefni sem er næmast fyrir einni tiltekinni bylgjulengd sem er ólík hinum. Það dugir til að sjá alla liti "rétt", það er að segja til að geta aðgreint alla liti. Mörg spendýr hafa hins vegar tvínemasjón og geta þá ekki gert skýran greinarmun á öllum litum.
Sýnilegt ljós er gert úr rafsegulbylgjum. Rafsegulrófið spannar vítt svið frá löngum útvarpsbylgjum til stuttra gamma-geisla eða geimgeisla. Rafsegulbylgjur ljóss hafa öldulengd á bilinu um 400 til 700 nanómetrar en 1 nanómetri er einn milljarðasti (10-9) úr metra. Innan þessa þrönga bils öldulengda eru öll litbrigði regnbogans, gulur, rauður, grænn og blár. Reyndar er þeim nú ekki raðað upp með þeim hætti sem segir í vísunni því ljós með öldulengd nálægt 400 nanómetrum er útfjólublátt, síðan tekur við blátt, svo grænt, að því búnu gult en á hinum enda litrófsins er rautt ljós.
En hvers vegna eru augun aðeins næm fyrir rafsegulbylgjum á þessu þrönga bili? Ástæðu þess má að líkindum rekja til þess að þetta eru einmitt þær bylgjur sem berast vel í vatni og minnir það okkur á að sjónin hefur fyrst þróast í dýrum í hafi. Einnig er vert að minna á að augun sjálf eru full of vökva sem ljós þarf að fara um áður en það nær að erta tauganema sjónarinnar. Þeir eru á nethimnunni á botni augans og eru tvenns konar, stafir og keilur. Stafir eru töluvert ljósnæmari en keilur og eru virkir eftir að dimma tekur. Athyglisvert er að þá sjáum við ekki liti. Þrjár tegundir keilna eru í augum manna og eru virkar í dagsbirtu, en einmitt þá sjáum við liti.
Þegar ljós ertir tauganema sjónar, hvort sem um er að ræða stafi eða keilur, virkjast þeir eða örvast og það leiðir til þess að taugaboð fara um sjóntaugina til heilans. Tauganemarnir verða því virkari sem birtan er meiri. Eins og fyrr segir eru stafir virkir í nætursjón en keilur í dagsjón. Aðeins er ein gerð stafa í mannsaugum en þrjár gerðir keilna. Þar sem við sjáum ekki liti að næturlagi má álykta þörf sé á fleiri en einni gerð ljósnema til að sjá mun lita. Þeir verða að vera þannig gerðir að séu misjafnlega næmir á ólíkar öldulengdir ljóss.
Breski eðlisfræðingurinn Thomas Young (1773-1829) og þýski skynfræðingurinn Hermann von Helmholtz (1821-1894) sýndu fram á það á 19. öld að ljósnemar augna í dagsjón hlytu að vera þrenns konar vegna þess að fá mátti fram öll litbrigði litrófsins með því að blanda saman þrem hreinum litum úr litrófi. Þessi merka uppgötvun er enn í fullu gildi og á henni grundvallast meðal annars tækni litasjónvarpsins en þar er öllum litbrigðum náð fram með blöndu þriggja ljósa. Það liðu svo meir en 100 ár frá því Young og Helmholtz settu fram kenningu sína þar til staðfest var að keilur í mannsauga eru í reynd þrenns konar og nefnast nú yfirleitt S-, M- og L-keilur þar sem bókstafirnir vísa til öldulengdar þess ljóss sem keilurnar eru næmastar gagnvart en það er ýmist ljós með stuttri öldulengd, miðlungslangri eða langri.
Þegar talað er um litblindu er yfirleitt ekki átt við að algera litblindu. Það á því aðeins við að engar keilur séu í auga sem er sárasjaldgæft. Hitt er algengara að eina tegund keilna vanti og er þá viðkomandi sagður litblindur þótt litblindan sé aðeins að hluta. Af þessu má þá ráða að tvær tegundir keilna duga ekki til að greina sundur liti í öllu litrófinu. Ástæða þess er sú að litaskynjun okkar ræðst af hlutfallslegri virkni sem vaknar í keilunum þrem. Blátt ljós (með stutta bylgjulengd) ertir til dæmis mest S-keilurnar, minna M-keilurnar og L-keilurnar nánast ekkert. Hlutfall í virkni keilnanna skynjast síðan sem tiltekið litbrigði.
Ef keilur eru aðeins tvenns konar er óhjákvæmilegt að einhver tiltekin öldulengd ljóss veki sömu virkni í þeim báðum. Það ljós skynjast því með sama hætti og ef sjónin hefði verið ert með hvítu ljósi (sem spannar allt litrófið). Young og Helmholtz höfðu því á réttu að standa og það er ekki tilviljun að frumlitir eru oft taldir þrír, blár, grænn og rauður. Til þess að dýr greini liti „rétt" þurfa þau því einnig að hafa að minnsta kosti þrjár gerðir ljósnema sem eru næmir á ólíkar öldulengdir ljóss í litrófi. Með því móti geta þau greint mun á litbrigðum með svipuðum hætti og menn, séð mun á ólíkum litbrigðum ljósa sem hafa mismunandi öldulengd.
Fræðimenn gera almennt ráð fyrir að í upphafi hafi litarefni ljósnema aðeins verið eitt; augu með slíkum ljósnema hafa því ekki getað greint liti. Bandarísk fræðikona, Christine Ladd Franklin (1847-1930), lét sér fyrst til hugar koma að þetta eina litarefni hefði síðan þróast í tvö efni og loks þrjú sem voru misnæm á ólík litbrigði. Nú er vitað að ákveðnar erfabreytingar urðu til þess að einmitt slík þróun átti sér stað. Tvínemasjón kom líklega til sögunnar um svipað leyti og hryggdýr komu fyrst fram. Annað litarefnið var næmt á stuttar öldulengdar, nálægt bláu ljósi, hitt á langar öldulengdir, nálægt rauðu ljósi. Mörg spendýr hafa slíka tvínemasjón og eru því litblind að hluta. Fyrir um 40 milljónum ára er ætlað að önnur erfðabreyting hafi átt sér stað í forvera apa og mannapa (og síðar manna) sem leiddi til þess að tvö litarefni þróuðust úr því litarefni sem næmt var á langar öldulengdir. Þar með er komin til sögunnar litasjón af því tagi sem er að finna í augum manna með fyrrnefndum S-, M- og L-nemum.
Oft má finna tengsl milli þess hve litskrúðug dýr eru og litaskynjunar þeirra. Spendýr hafa flest takmarkað litaskyn, ef apar og afkomendur þeirra eru undanskildir, enda ekki litskrúðug dýr. Flestir fuglar hafa hins vegar næmt litaskyn. Fuglar frjóvga einkum rauðleit blóm og hafa næmt litaskyn á langar bylgjulengdir. Býflugur eru hins vegar næmari á styttri bylgjulengdir og má ætla að blóm sem með augum manna virðast meira eða minna gul séu mun marglitari í augum býflugna. Fiskar hafa sömuleiðis margir ágæta litasjón.
Hér hefur skynjun litar verið skýrð með öldulengd ljóss sem augun nema. Það segir þó ekki alla söguna því skynjun tiltekinnar öldulengdar er háð öðru sem skynjandinn sér á sama tíma. Ljós sem berst augum hefur ákveðna öldulengd sem ræðst annars vegar af einkennum lýsingarinnar, hins vegar af endurkastseiginleikum hluta. Sólarljós er tiltölulega hvítt ljós sem merkir að það inniheldur öll litbrigði í sama mæli. Ljósaperur gefa hins vegar fæstar frá sér slíkt ljós. Af þessum ástæðum mætti kannski ætla að fólk skynji liti ólíkt eftir því hvort horft er á litaða hluti í sólarljósi eða undir venjulegri ljósaperu. En svo er ekki.
Skynjun litar einkennist af litfasta; fólk skynjar litinn nokkuð óháð ljósgafanum. Helmholtz orðaði það sem svo að skynjandinn „tæki tillit til" ljósgjafans (með ómeðvituðum hætti) og hafði það meðal annars til marks um að skynjun fæli ætíð í sér virka túlkun. Af þessu má reyndar ráða að hlutverk sjónar er ekki fyrst og fremst að sjá ljós heldur að nota ljósið til að afla upplýsinga um umhverfið. Athyglisvert er að taugafrumur í sjóntaug og í fyrstu heilasvæðum sjónar í öpum (á svæði sem nefnist V1 og er aftarlega í heilaberki, innan við hnakka) sýna ekki merki litfasta. Litfastinn kemur fyrst fram í æðri sjónsvæðum. Væntanlega á sama við um heila mannsins en lítið er vitað um litfasta í öðrum dýrum.
Heimildir
John Morgan Allman, 1999. Evolving brains. New York: Scientific American Library.
David B. Dusenbery, 1992. Sensory ecology: How organisms acquire and respond to information. New York: W.H. Freeman.
Sjá einnig:
Svar Þórs Eysteinssonar og Önnu Láru Þórisdóttur Möller við spurningunni Af hverju sjá hestar í svart-hvítu?
Svar Hauks Más Helgasonar og Þorsteins Vilhjálmssonar við spurningunni Hvers vegna eru grunnlitir listmálara gulur, rauður og blár en grunnlitir tölvuskjáa og sjónvarpa rauður, grænn og blár?
Svar Jóhannesar Kára Kristinssonar og Þorsteins Vilhjálmssonar við spurningunni Hvers vegna er svona erfitt að lesa rauða stafi á bláum grunni?
Þorsteinn J. Halldórsson, 1998. " Sjón og sjónhverfingar". Undur veraldar, ritstj. Þorsteinn Vilhjálmsson. Reykjavík: Mál og menning, bls. 107-129.
Myndir sem greina litblindu eftir M.D. Shinobu Ishihara, en þær eru hluti af viðurkenndu og stöðluðu litblinduprófi. (The Series of Plates Designed as a Test for Colour-Deficiency).
Myndirnar að ofan og fleiri má finna á vefsetrinu Colorcube.com
Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.
Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar
um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að
svara öllum spurningum.
Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að
svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki
nægileg deili á sér.
Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.
Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!
Sólin
Rís 05:36 • sest 21:19
Tunglið
Rís 16:44 • Sest 05:50
Flóð
Árdegis: 04:37 • Síðdegis: 17:05
Fjara
Árdegis: 10:57 • Síðdegis: 23:09
