Niewidzialne staje się widzialnym – ludzie mogą widzieć podczerwień

Seria eksperymentów wykazała, że jesteśmy w stanie widzieć więcej niż to, co przyjmuje się za światło widzialne. Możemy konkretnie zobaczyć światło podczerwone. Ten mało znany efekt może wystąpić, gdy para fotonów podczerwonych jednocześnie uderzy w to samo białko pigmentu oka, przez co zapewniona zostaje wystarczającą ilość energii konieczna do zainicjowania zmian chemicznych, które pozwalają zobaczyć to światło.

Niewidzialne staje się widzialnym - ludzie mogą widzieć podczerwień

Rys. 1 Zdjęcie psa wykonane w średniej podczerwieni

Ludzkie oko widzi światło o długości fali pomiędzy 400 (niebieski) a 720 nm (czerwony). Mimo, że ten zakres jest wciąż oficjalnie znany jako „widzialne spektrum”, nadejście laserów z bardzo specyficznymi długościami fali podczerwieni, tj. powyżej 1000 nm, może być obserwowane jako kolor biały, zielony lub inny.

Krzysztof Palczewski, farmakolog z Case Western Reserve University w Cleveland, twierdzi, że widzi światło o długości fali 1050 nm pochodzące z lasera niskoenergetycznego. Aby dowiedzieć się czy ta umiejętność jest rzadka, Palczewski przejrzał siatkówki 30 zdrowych ochotników potraktowane wiązką światła o niskiej energii zmieniając długość fali. Ponieważ długość fali wzrastała w podczerwieni (IR), uczestnikom trudno było wykryć światło, ale przy około 1000 nm stało się ono łatwiejsze do zobaczenia. Mechanizm tego zjawiska nurtuje naukowców od lat.

Palczewski przetestował dwie wiodące hipotezy wyjaśniające widzenie w podczerwieni. Pierwsza sugeruje, że kiedy dłuższe długości fali światła trafiają na kolagen tkanki łącznej w oku, mała część energii zamienia się w fotony o długości fali odpowiadającej około połowie długości światła padającego w zjawisku zwanym generacją drugiej harmonicznej (SHG)[1]. Siatkówka będzie wtedy wykrywać światło widzialne i oszuka mózg, że pochodzi bezpośrednio od źródła[2]. Druga hipoteza zakłada zdolność widzenia podczerwieni jako zjawisko zwane dwufotonową izomeryzacją[3]. Cząsteczki fotoreceptorów w oku absorbują energię z pojedynczych fotonów w przypadku konwencjonalnego światła widzialnego. Zmusza to cząsteczki do zmiany kształtu i wywołuje łańcuch wydarzeń, który pozwala nam widzieć. Jeśli dwa fotony, gdzie każdy z nich posiada połowę energii (a więc o podwójnej długości fali), uderzą w oko jednocześnie, ich energie mogą się zsumować i wywoła to tę samą izomeryzację, podobnie jak pojedynczy, „widzialny” foton.

Celem przetestowania pierwszej hipotezy, Palczewski i jego zespół usunęli kolagen z siatkówki myszy i zmierzyli ich reakcję na światło o różnych długościach fal. Siatkówka myszy odpowiadała na długość fali 1000 nm, tak jak ludzkie siatkówki z kolagenem, co sugeruje, że zjawisko SHG w oku jest mało prawdopodobne.

Dalsze dowody przeciwko modelowi SHG pojawiły się, gdy badacze użyli światła podczerwonego wobec kryształów fotoreceptorów białka rodopsyny[4]. W świetle 1000 nm kryształy zmieniły kolor z czerwonego na żółty. Jeśli SHG byłaby przyczyną zmiany koloru, widmo światła emitowanego przez te kryształy rodopsyny posiadałoby konkretne sygnatury, które nie zostały zaobserwowane.

Chociaż naukowcy nie mają jeszcze bezpośredniego dowodu na to, że reakcja dwóch fotonów podczerwieni jest odpowiedzią, to symulacje komputerowe wskazują, że tak właśnie może być. Obliczenia kwantowo – chemiczne wykazały, że rodopsyna może wchłonąć dwa fotony o niskiej energii i osiągnąć ten sam stan wzbudzenia, jak w przypadku pochłonięcia jednego fotonu światła widzialnego. Te same obliczenia przewidziały również, że dwukrotna absorpcja powinna szczytować między 1000 a 1100 nm, co zostało eksperymentalnie potwierdzone.

Qasim Zaidi – neurolog SUNY College of Optometry w Nowym Jorku, który jest współautorem pracy teoretycznej, komentuje: „Jestem zadowolony z otrzymanych doświadczalnie rozwiązań. Chciałbym zobaczyć prosty eksperyment, który rządzi się modelem SHG w oczach ludzi lub ssaków naczelnych”.

Chemik Massimo Olivucci z Bowling Green State University w Ohio jest pod wrażeniem, że Palczewski i jego zespół połączył obliczenia mechaniki kwantowej z badaniami na ludziach.

Następnym krokiem jest wykorzystanie tej pracy. „Wydaje się być ciekawym próba stworzenia mutantów w laboratorium, które będą odpowiadać na podczerwień o jeszcze niższej intensywności”, komentuje Olivucci.

  1. http://pl.wikipedia.org/wiki/Generacja_drugiej_harmonicznej
  2. PNAS 2014: http://dx.doi.org/doi:10.1073/pnas.1410162111
  3. Applied Optics 1998: http://dx.doi.org/10.1364/AO.27.001064
  4. Pub Med. 1978: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/345511?dopt=Abstract
  5. http://www.nature.com/news/photons-double-up-to-make-the-invisible-visible-1.16459

Opracował: Łukasz Kurach

Korekta: Ilona Sadok

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*