Akceptuję
W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczone w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności

Zamknij X
Reklama
Strona główna Tygodnik "Nature"
Dodatkowy na dole

Dodatkowy u góry

Fotony pokazują to, co niewidzialne

Ludzie widzą w podczerwieni i może być to zasługa par fotonów, które łączą swoją energię i wyglądają jak jeden “widzialny” foton.

Chociaż nie mamy w oczach rentgena jak Superman, mamy coś, co można uznać za supermoc: widzimy światło podczerwone spoza tego, co zwykliśmy uważać za zakres widzialny. Seria eksperymentów sugeruje, że to mało znane zadziwiające zjawisko może występować gdy pary podczerwonych fotonów jednocześnie trafiają w to samo białko w oku, przez co wytworzona energia uruchamia zmiany chemiczne pozwalające nam na widzenie światła.

Zgodnie z naszą wiedzą o chemii wzroku, ludzkie oko jest w stanie widzieć fale z zakresu od 400 (niebieski) do 720 nanometrów (czerwony). Zakres ten jest powszechnie znany jako “widmo widzialne”, jednak wraz z nadejściem laserów o ściśle określonej długości fali podczerwonej pokazało, że ludzie są w stanie zobaczyć fale powyżej 1000 nm jako białe, zielone i inne.

Krzysztof Palczewski, farmakolog z Case Western Reserve University w Cleveland w stanie Ohio, mówi, że widział światło o długości 1050 nm z lasera niskoenergetycznego. - Widać je gołym okiem - dodaje. Aby dowiedzieć się, czy ta umiejętność jest powszechna czy wyjątkowa, Palczewski zbadał siatkówki 30 zdrowych ochotników za pomocą niskoenergetycznej wiązki światła o zmiennej długości fali. W miarę wzrostu długości fali do zakresu podczerwonego (IR), uczestnicy stwierdzali że światło jest coraz trudniej widzialne, jednak przy ok. 1000 nm widzieli je z większą łatwością. Naukowcy od lat zastanawiali się jak to możliwe.

Czy mnie wzrok nie myli?


Palczewski chciał przetestować dwie wiodące hipotezy wyjaśniające widzenie w podczerwieni. Pierwsza twierdzi, że gdy światło o większej długości fali pada na kolagenową tkankę łączną w oku, niewielka ilość jego energii zmienia się w fotony o ok. połowie długości fali światła. Zjawisko to nazywane jest generacją drugiej harmonicznej (SHG). Siatkówka wykrywa światło widzialne i wmawia mózgowi, że pochodzi ono bezpośrednio ze źródła.

Druga hipoteza stanowi, że zdolność widzenia podczerwieni wynika ze zjawiska znanego jako izomeryzacja dwufotonowa. Cząsteczki fotoreceptorów w oku absorbują energię z pojedynczych fotonów w konwecjonalnych falach widzialnych. Powoduje to zmianę kształtu cząsteczek i wywołuje łańcuch reakcji umożliwiający nam widzenie. Jeżeli jednak dwa fotony niosące po połowie energii, a przez to posiadające dwa razy większą długość fali, trafią w oko jednocześnie, ich energie mogą ulec zsumowaniu i teoretycznie wywołać taką samą izomeryzację jak w przypadku pojedynczego “widzialnego” fotonu.

Aby sprawdzić pierwszą hipotezę, Palczewski i jego zespół usunęli kolagen z siatkówek myszy i zmierzyli reakcję na światło o różnych długościach fal. Siatkówki myszy zareagowały na laser o długości 1000 nm w taki sam sposób jak ludzkie oko z kolagenem, co sugeruje, że SHG w oku nie wyjaśnia tego zjawiska.

Dalsze dowody zaprzeczające modelowi SHG uzyskano poprzez naświetlenie światłem podczerwonym kryształów białka rodopsyny z fotoreceptora. W świetle o długości fali 1000 nm kryształy zmieniły barwę z czerwonej na żółtą. Jeżeli przyczyną zmiany barwy byłby SHG, zakres światła emitowanego przez te kryształy rodopsyny posiadałby rozpoznawalny wzór, jednak nie dało się go zauważyć.

Choć naukowcy nie posiadają jeszcze jednoznacznych dowodów, że to właśnie reakcje na pary fotonów umożliwiają widzenie podczerwieni, symulacje komputerowe przeprowadzone przez zespół sugerują, że tak właśnie jest. Ich obliczenia kwantowo-chemiczne pokazały, że rodopsyna jest w stanie odebrać dwa niskoenergetyczne fotony i zareagować takim samym wzbudzeniem jak w przypadku jednego fotonu światła widzialnego. Te same obliczenia przewidziały również, że to podwójne wchłanianie powinno wykazywać najwyższą aktywność w zakresie długości fal od 1000 do 1100 nm, co zostało potwierdzone doświadczalnie. Wyniki zostały opublikowane w  Proceedings of the National Academies of Science1.

Sukces eksperymentalny

Qasim Zaidi, neurobiolog percepcji na SUNY College of Optometry w Nowym Jorku, współautor pracy teoretycznej, która opowiedziała się po stronie SHG stwierdził, że cieszy się, że problem został sprawdzony eksperymentalnie, jednak wciąż nie wyklucza udziału SHG. - Chciałbym zobaczyć prosty eksperyment, który wyklucza SHG w oku człowieka lub naczelnego - powiedział.

 Chemik Massimo Olivucci z Bowling Green State University w Ohio, jest pewien podziwu, że Palczewskiemu i jego zespołowi udało się przejść z eksperymentów na ludziach do wyliczeń kwantowych. - Badanie dostarcza mocnych dowodów na absorpcję dwufotonową - powiedział.

Następnym krokiem jest znalezienie zastosowania dla tego odkrycia. - Interesującą możliwością byłoby stworzenie w laboratorium mutantów reagujących na światło podczerwone o jeszcze niższej intensywności - dodaje Olivucci.


Źródło: http://www.nature.com/news/photons-double-up-to-make-the-invisible-visible-1.16459

Tagi: foton, podczerwien, energia
Drukuj PDF
wstecz Podziel się ze znajomymi

Informacje dnia: Fizyczny Nobel 2019 za poznanie Wszechświata i egzoplanet Badania pokazują, dlaczego płodność kobiet zmienia się z wiekiem Więcej energii to więcej efektów – w zderzeniach protonów Niektóre częste choroby i krótki sen to śmiertelne połączenie Nobel z fizjologii i medycyny Nanocząstki w zwalczaniu raka Fizyczny Nobel 2019 za poznanie Wszechświata i egzoplanet Badania pokazują, dlaczego płodność kobiet zmienia się z wiekiem Więcej energii to więcej efektów – w zderzeniach protonów Niektóre częste choroby i krótki sen to śmiertelne połączenie Nobel z fizjologii i medycyny Nanocząstki w zwalczaniu raka Fizyczny Nobel 2019 za poznanie Wszechświata i egzoplanet Badania pokazują, dlaczego płodność kobiet zmienia się z wiekiem Więcej energii to więcej efektów – w zderzeniach protonów Niektóre częste choroby i krótki sen to śmiertelne połączenie Nobel z fizjologii i medycyny Nanocząstki w zwalczaniu raka

Partnerzy

GoldenLine Fundacja Kobiety Nauki Job24 Obywatele Nauki NeuroSkoki Portal MaterialyInzynierskie.pl Uni Gdansk MULTITRAIN I MULTITRAIN II Nauki przyrodnicze KOŁO INZYNIERÓW PB ICHF PAN FUNDACJA JWP NEURONAUKA Mlodym Okiem Polski Instytut Rozwoju Biznesu Analityka Nauka w Polsce CITTRU - Centrum Innowacji, Transferu Technologii i Rozwoju Uniwersytetu Akademia PAN Chemia i Biznes Farmacom Świat Chemii Forum Akademickie Biotechnologia     Geodezja Instytut Lotnictwa EuroLab

Szanowny Czytelniku!

 
25 maja 2018 roku zacznie obowiązywać Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016 r (RODO). Potrzebujemy Twojej zgody na przetwarzanie Twoich danych osobowych przechowywanych w plikach cookies. Poniżej znajdziesz pełny zakres informacji na ten temat.
 
Zgadzam się na przechowywanie na urządzeniu, z którego korzystam tzw. plików cookies oraz na przetwarzanie moich danych osobowych pozostawianych w czasie korzystania przeze mnie ze strony internetowej Laboratoria.net w celach marketingowych, w tym na profilowanie i w celach analitycznych.

Kto będzie administratorem Twoich danych?

Administratorami Twoich danych będziemy my: Portal Laboratoria.net z siedzibą w Krakowie (Grupa INTS ul. Czerwone Maki 55/25 30-392 Kraków).

O jakich danych mówimy?

Chodzi o dane osobowe, które są zbierane w ramach korzystania przez Ciebie z naszych usług w tym zapisywanych w plikach cookies.

Dlaczego chcemy przetwarzać Twoje dane?

Przetwarzamy te dane w celach opisanych w polityce prywatności, między innymi aby:

Komu możemy przekazać dane?

Zgodnie z obowiązującym prawem Twoje dane możemy przekazywać podmiotom przetwarzającym je na nasze zlecenie, np. agencjom marketingowym, podwykonawcom naszych usług oraz podmiotom uprawnionym do uzyskania danych na podstawie obowiązującego prawa np. sądom lub organom ścigania – oczywiście tylko gdy wystąpią z żądaniem w oparciu o stosowną podstawę prawną.

Jakie masz prawa w stosunku do Twoich danych?

Masz między innymi prawo do żądania dostępu do danych, sprostowania, usunięcia lub ograniczenia ich przetwarzania. Możesz także wycofać zgodę na przetwarzanie danych osobowych, zgłosić sprzeciw oraz skorzystać z innych praw.

Jakie są podstawy prawne przetwarzania Twoich danych?

Każde przetwarzanie Twoich danych musi być oparte na właściwej, zgodnej z obowiązującymi przepisami, podstawie prawnej. Podstawą prawną przetwarzania Twoich danych w celu świadczenia usług, w tym dopasowywania ich do Twoich zainteresowań, analizowania ich i udoskonalania oraz zapewniania ich bezpieczeństwa jest niezbędność do wykonania umów o ich świadczenie (tymi umowami są zazwyczaj regulaminy lub podobne dokumenty dostępne w usługach, z których korzystasz). Taką podstawą prawną dla pomiarów statystycznych i marketingu własnego administratorów jest tzw. uzasadniony interes administratora. Przetwarzanie Twoich danych w celach marketingowych podmiotów trzecich będzie odbywać się na podstawie Twojej dobrowolnej zgody.

Dlatego też proszę zaznacz przycisk "zgadzam się" jeżeli zgadzasz się na przetwarzanie Twoich danych osobowych zbieranych w ramach korzystania przez ze mnie z portalu *Laboratoria.net, udostępnianych zarówno w wersji "desktop", jak i "mobile", w tym także zbieranych w tzw. plikach cookies. Wyrażenie zgody jest dobrowolne i możesz ją w dowolnym momencie wycofać.
 
Więcej w naszej POLITYCE PRYWATNOŚCI
 

Newsletter

Zawsze aktualne informacje