Человеческие глаза эволюционировали, чтобы воспринимать свет только в диапазоне примерно 350-700 нм, потому что эта форма света наиболее распространена в нашей жизни. Другие животные могут воспринимать свет с несколько иной частотой. Могут ли глаза теоретически развиться таким образом, чтобы они могли наблюдать весь свет, каким мы его знаем сегодня? Если нет, то каким будет максимальное количество воспринимаемых частот?
Существуют некоторые ограничения на то, какой свет можно обнаружить биологически, исходя из физики и химии. Хотя есть животные, которые могут ощущать больше ультрафиолета или инфракрасного излучения, чем люди, они все же подвержены этим ограничениям.
Большинство видов зрения работают, используя фотоны, чтобы вызвать конформационные изменения в белке опсина , воздействуя на химическую связь в чувствительной молекуле (хромофор, например , ретиналь , который меняется с 11-цис на полностью транс), связанный с опсин. Чтобы воспринять определенную длину волны света с помощью этого механизма, необходимо, чтобы энергии света было достаточно, чтобы вызвать это химическое изменение в опсине-хромофоре, но не было достаточно энергии, чтобы полностью разрушить молекулу, разорвав связь.
Свет с большей длиной волны («инфракрасный») также известен как тепло. Обнаружить «тепловые» фотоны сложно, потому что у них не так много энергии. Поэтому вам нужна молекула, которая очень чувствительна. Оказывается, стратегии зрения, основанные на опсинах, используют хромофоры, которые слишком стабильны, чтобы воспринимать длинноволновый свет.
Некоторые змеи обладают особой чувствительностью к инфракрасному излучению , например, гадюка. Однако эти животные не «видят» инфракрасное излучение глазами : у них есть другой специализированный орган, называемый ямочным органом. Орган ямки использует рецепторы, которые больше похожи на тепловые рецепторы вашей кожи, чем на фоторецепторы вашего глаза, но орган ямки использует эффект камеры-обскуры для организации поступающего света на очень чувствительную термочувствительную мембрану.
Люди, конечно, тоже способны ощущать инфракрасное излучение, но точно так же: через кожу, а не через глаза, и с низким разрешением. Однако, если вы стоите на солнце и закрываете глаза, вы, вероятно, все еще можете «увидеть» направление солнца: одна сторона вашего тела будет чувствовать себя теплее, чем другая! В некотором смысле это похоже на форму «зрения» с низким разрешением, если вы хотите определить этот термин очень широко. Инфракрасная чувствительность змеи больше похожа на это ощущение, чем на зрение.
Когда вы добираетесь до очень длинных длин волн, например, радиоволн, длина волны слишком велика и слишком низкоэнергетична, чтобы иметь значение даже на молекулярном уровне : эти формы света будут проходить прямо через клетки, а отдельные фотоны не несут достаточного количества энергии. энергии, чтобы воздействовать на молекулы способами, которые могут быть восприняты биологией.
У очень коротких волн света есть противоположная проблема: слишком много энергии. Ионизирующее излучение (от верхнего ультрафиолетового диапазона и ниже) обладает достаточной энергией, чтобы фактически освободить электроны и создать ионы. Этот тип излучения повреждает биологические молекулы, в том числе ДНК, поэтому у организмов есть много веских причин избегать этого типа излучения. Воздействие коротковолнового излучения может также вызвать обесцвечивание (необратимое разрушение) светочувствительных молекул и потенциально повреждающий нагрев тканей, окружающих пигменты, в дополнение к прямому воздействию на другие молекулы в клетках.
Насекомые и другие организмы, которые могут видеть в УФ-диапазоне, видят в основном в ближнем УФ-диапазоне,> 300 нм, что не слишком далеко от нашего собственного диапазона зрения (примерно соответствует «УФ-А»). Однако неправда, что люди не могут видеть эти длины волн из-за некоторой недостаточной чувствительности наших фоторецепторов: вместо этого УФ-свет (по крайней мере, частично) блокируется роговицей и хрусталиком , предположительно для защиты сетчатки от повреждения!
Люди и другие организмы обладают некоторой чувствительностью к разрушительным длинам волн ультрафиолетового излучения, но только не через зрение. Вместо этого люди и другие организмы воспринимают УФ -излучение на основе повреждений, нанесенных клеткам, что задействует механизмы восстановления и апоптоз, чтобы предотвратить повреждение, приводящее к раку.
Химические процессы, лежащие в основе зрения, определяют диапазон потенциальных длин волн, которые можно воспринять. Животные на Земле способны пробовать из всего этого диапазона. Механизмы восприятия длин волн за пределами этого диапазона потребуют совершенно других подходов и, возможно, даже уникальной биохимии. Механизмы должны были бы быть настолько разными, что мы, вероятно, не назвали бы эти механизмы «зрением» (например, даже инфракрасная чувствительность гадюки на самом деле не считается зрением), но мы бы придумали новый термин, такой как «радиочувствительность» или «радиационная чувствительность», точно так же, как у нас есть разные названия для «слышания» относительно высокочастотных волн давления ушами, но у нас есть «вибрационная чувствительность» для низкочастотных волн давления, ощущаемых через кожу. .
JM97
анонгудняня
Раймонд