Kék szem, zöld szem, szürke szem, avagy mi okozza a különböző szemszíneket?

A kék szem, zöld szem vagy barna szem korántsem fedi le az emberi szemszín változatosságának teljes színskáláját. No de mi okozza a színbeli eltéréseket?

A tudomány a szemszínek skálájában 20 különböző színt különböztet meg. Ezek egy része homogén, másik része kevert szín.

A szűkebb kategorizálás pedig 6 különböző alapszínt határoz meg.
Kék, zöld, szürke, mogyoró, borostyán(arany) és barna színű szemeket.

Az emberek különböző szemszínét alapvetően két teljesen eltérő dolog határozza meg.
Egyfelől a szem strukturális jellegzetességei, másfelől pedig a benne található színezőanyagok, az úgynevezett pigmentek jelenléte.
Az emberi szervezet barna illetve sárgás színű pigmenteket képes termelni.
A strukturális jellemzők a fényszóródás révén gyakorolnak hatást a szem színére, míg a pigmentek úgynevezett közvetlen színképzők.

Cikkünk első részében a szem színeinek általános jellemzőit foglaljuk össze a kapcsolódó biológiai és fizikai ismeretekkel.
Ezt követően pedig részletesen beszélünk a 6 szem-alapszín hátteréről.

A szemben a szivárványhártya (írisz) színe az ami alapján színesnek nevezzük a szemet.
Az írisz a szemünk a pupilla és a szem-fehérje közötti része.

Azokat a szemszíneket, amiket a szem szerkezeti sajátosságai okoznak, a fényszóródásuk, strukturális színeknek nevezzük.
Tipikusan ilyen szemszín például a kék szem.

Azokat a szemszíneket pedig amiket a pigmentek okoznak, pigment színeknek nevezzük. Tipikusan pigment szín például a barna szem.

A szem színét azonban nem csak kizárólag az egyik vagy másik határozhatja meg. Keveredhetnek is.
Tehát egy adott szemszín oka lehet részben fényszóródás, részben pedig pigmentes hátterű egyszerre.
Tipikusan ilyen szemszín például a zöld szem.

A szem színének evolúciós és biológiai háttere.

Az emberi géntérkép megismerése óta számos előrelépés történt az emberi fejlődés korábban homályos részleteinek megismerésében.
Ilyen például az emberi szem változatos színének kialakulása is.

A szem színe poligénes – több gén okozza – eredetű és mára már mintegy 16 gént azonosítottak, ami hatást gyakorol a szemszínre.
Döntő többségüket a 15. kromoszóma-páron.
A kutatók úgy vélik, hogy eddig a szemek színére hatást gyakorló géneknek mintegy 50%-át sikerült beazonosítaniuk.

A Koppenhágai Egyetem professzorának, Hans Eiberg-nek a kutatásai fedték fel azt a tényt, hogy az emberek szeme csak az utóbbi 8-10.000 évben lett változatos színű.
Azt megelőzően minden ember szemszíne barna volt.
Egy genetikai mutáció következtében jött létre az emberi szem íriszének kvázi barna pigment hiányos állapota, ami a kék szemszínt okozza.
Sőt minden olyan szemszín alapja, amit nem pigmentek okoznak.
Némely tudományos irányvonal annak az elképzelésnek ad elsőbbséget, hogy a szemszín poligénes oka miatt nem volt feltétlenül szükség génmutáció a barnától eltérő szemszínek kialakulásához. Lehetséges, hogy az adott gének korábbiaktól eltérő „együttállása”
okozta a változást.

Az írisz több rétegből áll és a pigmentáció bármelyik réteget érintheti.
Minél kevesebb a pigment benne annál inkább a fényszórás törvényei határozzák meg a színét.
Minél hátsóbb rétegében van csak jelen pigment anyag, annál inkább a fényszórás hat a szín kialakulására.
Minél előbb van a pigment, annál inkább a pigmentáció felelős a szem színéért.
A köztes állapotokban pedig vegyes kialakulású lesz a szemszín. Ez jelentheti többféle – színátmenet – szín egyidejű megjelenését, vagy más színek(zöld, szürke) megjelenését.

A szem színének fizikai alapjai

A színek nem mások mint az elektromágneses sugárzásnak az a hullámhossz tartománya amit az emberi szem képes érzékelni.
( Részletesen olvashatsz erről a témáról a szivárványról szóló cikkünkben.)
A látható színek hullámhossza a kb. 400-700nm tartományba esik. Az alsó végén a kék(ibolya), a felsőn pedig a vörös szín található.
Az elektromágneses sugarak terjedésük során különféle dolgokhoz ütközve 3 dolgot tehetnek, akár külön-külön, akár egyszerre:

• elnyelődnek
• visszaverődnek
• irányukat változtatva felbomlanak illetve szóródnak

A pigmentes színeknél egyszerű a helyzet. A pigmentekről a barna, sárgás vagy feketés színtartomány hullámhosszán visszaverődő sugárzást érzékeli a szemünk.

No, de most ugrik a majom a vízbe.
Mi van akkor, ha nincs, vagy csak nagyon kevés pigment van az íriszben?

Itt lép a képbe egy 19. századi angol és egy ír kísérleti fizikus, Lord Leyreight illetve John Tyndal,valamint Gustav Mie német fizikus
Mind a hárman tanulmányozták más mellett a fényszóródás jelenségét is.
Az angol és az ír azt tapasztalták, hogy a fény szóródásának intenzitása annál nagyobb, minél alacsonyabb a sugárzás hullámhossza.

Azt az összefüggést találták, hogy a szóródás mértéke fordítottan arányos a hullámhossz tízezerszeresével.

Leyreight olyan esetet tanulmányozott ahol a szóródást a látható hullámhossznál kisebb méretű részecskéken törik meg a fény. Ez a helyzet például a Föld légkörében, ahol tiszta időben jellemzően a gázmolekulákon törik meg és szóródik a fény.
Mivel a legkisebb hullámhossza a kék fénynek van ezért ez lesz a domináns látható szín. Ezt nevezik Layleight-féle hatásnak.
Ezért kék az ég is.
(Bár ugye az ibolya a legrövidebb hullámhosszú látható szín, de az emberi szem az 500nm alatti hullámhossz érzékelésére rendelkezik a legkevesebb színérzékelő csappal, ezen belül viszont a legtöbb a kék szín érzékeléséért felelős.
Sőt a színérzékelő csapok nemenként is eltérő számúak. A pasik például kevésbé érzékelik a vörös árnyalatait, mint a nők.)

Tyndal kutatásai olyan környezetre vonatkoztak, ahol a fénytörés és visszaverődés olyan – folyadék alapú – kolloid vagy szuzpenziós környezetben zajlik, ahol az apró részecskék mérete magában foglalja a látható hullámhossz méretének megfelelő tartományt is.(Tyndal hatás)

Nos, ez a két fizikai törvényszerűség okozza azt, hogy a pigment nélküli szembe belépő fény az írisz kolloid-szuzpenzív környezetében a legalacsonyabb látható hullámhosszú kék fényt szórja a legjobban, ezért ez látható.

A német Gustav Mie fizikus pedig a főleg a földi atmoszféra homogén vizes környezetében lezajló elektromágneses hullám szóródás sajátosságait kutatta. Elsősorban a nem molekuláris szóródást vizsgálta, ami főleg az aeroszolos részecskék szóródásra gyakorolt
törvényszerűségeiben jelentkezett.
Az utána elnevezett Mie szóródás kevésbé köthető az elektromágneses hullámok hosszához.
Inkább a homogén vizes közeg és a részecskék átmérője a fontosabb.
Ez okozza a vihar környéki párával dúsított égbolt szürke színét.
A Mie szóródás a szürke szemszín fizikai alapja.

A biológiai(fizikai) antropológia a szemek színének meghatározásához a Martin-Schultz féle színskálát alkalmazza amiben az előzőekben említetteknek megfelelően 10 fő csoportban 20 szemszínt határoz meg.
Ebben a kék írisztől a szürke, zöld és kevert színű íriszeken át a barna íriszig terjed a sor.

Mi az általánosabb besorolás szerint az alábbi 6 alapvető szemszínt tekintjük át:

• kék szemszín
• zöld szemszín
• szürke szemszín
• mogyorószínű szemszín
• borostyán szemszín
• barna

A szemszínek oka

Kék szem

A kék színű szem oka a korábban tárgyalt Tyndal-hatás. Az alacsony hullámhosszú kék szín intenzívebben szóródik, mint a látható szín többi hullámtartománya.
Nincs kék pigment a szemben. (Sőt egyik emlős állatban sincs.)
Ebben az értelemben a kék szín strukturális színnek tekinthető. (A madarak tollának kék színe is strukturális eredetű szín.)
Minimális mennyiségű barna pigment bár található benne, de a szembe belépő fény magasabb hullámhosszú sugarait az írisz hátulján lévő sötét hámszövet jórészt elnyeli, alacsony hullámhosszú részét , tehát a kéket a Tyndal-hatás keretében
visszatükrözi(szórja).
Ez az oka, hogy a kék szemszín a fény erőssége, illetve a fényviszonyok változásának függvényében változik.

Jelenleg úgy tűnik, hogy a kék szemszín valamikor a neolitikum elejének (i.e.10.000) idején jelent meg.
Lehetséges biológiai okaként a genetikai mutáció, illetve a színek kialakulásáért felelős gének korábban nem létező variációja is szerepel.
Pontos megállapítása további kutatásokat igényel.

A legtöbb kék szemű ember Észak Európában illetve a balti régióban található.
Svédországban a legmagasabb, 80% kék szeműek aránya.
A világ lakosságának 8-10%-a kékszemű.

Zöld szem

A zöld szemszín kevert hatás eredményeként jön létre. Részben fényszórás, részben pedig pigmentáció okozza.
Úgy jön létre, hogy az írisz középső részében is található némi barna pigment, valamint némi sárgás színű lipokróm pigment.
Ezek és a pigmenthiányos rész kék színt eredményező fényszórásának együttes hatása eredményezi a zöld szemszínt.

A zöld szem szinte kizárólag európai eredetű sajátosság.
A legtöbb zöld szemű ember Skóciában él, a lakosság kb.30%-a.
Szlovénia lakosságának több mint 50%-a kék/zöld szemű.
Amúgy ez a szemszín a világon a legritkább. Az embereknek csupán 1-2%-a zöld szemű.

Szürke szem

A szürke szem nagyon hasonló a kék szem felépítéséhez.
Az írisznek sötét a hátsó része és áttetsző a középső része.
Némi barna pigment található az írisz külső felén.
A szürke szín részben az írisz magasabb kollagén tartalma miatt alakul ki. Az áttetsző írisz részben a fény szóródása a Mie szóródás szabályait követi, így nem kék, hanem szürke színű lesz a szem.
(A Mie szóródás tömör összefoglalása is meghaladná jelen írás kereteit, ezért nem tárgyaljuk.)
A szürke a második legritkább szemszín. A teljes népesség kb. 3%-a szürke szemű.

Mogyoró színű szem

A mogyoró szem részben a Rayleigh féle fényszóródás és az írisz külső felén lévő melanin kölcsönhatásaként jön léte.
A mogyoró színűnek nevezett szem jellemzően a pupillától kifelé haladva körkörösen többszínű.
Legjellemzőbb a barna/zöld kombó.
A pupillától kifelé haladva a körkörösen barna szín válik fokozatosan, akár többféle színátmenet után körkörösen zölddé.
A megnevezés megtévesztő lehet, mert összhatás a barna különféle árnyalatától a zöldig terjedhet.

Borostyán(arany) szem

A borostyán-sárga szemet gyakran hívják arany színűnek.
Nem nagyon lehet összetéveszteni más szemszínnel, mert jellemzően homogénen egyszínű és szinte világít.

A barna pigmentek mellett jelentős mennyiségben tartalmaz az írisz sárga színű lipokróm pigmentet.
Minél több benne a sárga pigment annál világosabb és világítóbb lesz a szemszín, ami az aranytól a réz-színig terjedhet.

Az állatok között igen gyakori szemszín, gondolj csak a macskafélékre vagy például a bagolyra.
Emberek között a harmadik legritkább szemszín. Az emberek kb. 5%-nak van borostyán szeme.

Barna szem

A barna szem a világ leggyakoribb szemszíne.
Kialakulása kizárólag pigmentes alapú.
Különböző sötétségű árnyalataiért az íriszben(szivárványhártya) előforduló barna melanin mennyisége felel.
Árnyalatai a közepes barnától a feketés barnáig terjedhetnek.
Afrikában és Ázsiában szinte kizárólagos szemszín.
A Föld lakóinak mintegy háromnegyede barna szemű.

A fenti alap szemszínektől eltérő színű szemek is léteznek.
Ezeknek a szemszíneknek a döntő többsége azonban jellemzően valamilyen rendellenesség miatt alakul ki.

A teljesség igénye nélkül ilyen az albínó emberek piros szeme, amit a pigmentáció hiányában megjelenő erek színe okoz.
Szintén rendellenes a heterokrómia esetében megjelenő különböző színű szem, ami nem csak embereknél, hanem állatoknál is előfordul. Ilyenkor az egyik szem mondjuk kék a másik meg barna.

---

(Ez az írás a CC-BY 4.O nemzetközi licencnek megfelelően, permalinkes – kattintható és adott cikkre mutató – forrásmegjelöléssel továbbközlésre felhasználható.)