Новости химической науки > Как человек может видеть волны в ИК-диапазоне

То, что ряд людей может видеть излучение, относящееся к ближней ИК-области спектра, известно еще где-то с 1940-х годов, однако механизм, позволяющий некоторым расширить границы своего зрительного восприятия, до настоящего времени не был известен.

В новой работе международная группа исследователей, возглавляемая Кржиштофом Пальчевским (Krzysztof Palczewski) сообщает, что способность человека видеть в инфракрасном диапазоне вероятнее всего реализуется в ходе процесса, в котором поглощение двух фотонов активирует светочувствительный белок родопсин.

В рамках выяснения механизма исследователи проводили тестирование на соответствие распознавания цветов в группе из трех десятков добровольцев. Эти люди воспринимали электромагнитное излучение с длиной волны большей, чем 950 нанометров, наблюдая его невооруженным глазом как оттенок зеленого. Как предположили исследователи, этот феномен может объясняться двумя оптическими явлениями – генерацией второй гармоники или двухфотонным поглощением.

Рисунок из Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2014, DOI: 10.1073/pnas.1410162111

Чтобы определить, какое из явлений отвечает за распознавание ИК-излучения, исследователи подвергали неповрежденную радужку мыши воздействию инфракрасного лазера. Реакция радужки на ИК-излучение не представляла собой линейную функцию, что позволяло исключить из рассмотрения механизм, связанный с генерацией второй гармоники. Также было обнаружено, что инфракрасное излучение инициировало изомеризацию хромофора, входящего в состав кристаллического родопсина. Это наблюдение наряду с результатами компьютерного моделирования одно- и двухфотонного поглощения позволило сделать вывод о том, что распознавание инфракрасного излучения протекает по механизму поглощения двух фотонов.

Как заявляет Пальчевский, различные типы экспериментов и теоретическое моделирование возможных механизмов позволяет говорить о том, что вклад механизма, основанного на поглощении одного фотона и генерации второй гармоники, в распознавание человеком ИК-волн практически равен нулю.

Джейсон Шир (Jason B. Shear), эксперт по мультифотонному возбуждению из Университета Техаса (Остин) комментирует, что до недавнего времени двухфотонная активация считалась явлением, которое можно игнорировать, разве что за исключением ряда специфических практических приложений. Он добавляет, что информация о возможности применения двухфотонного возбуждения зрительной системы человека для восприятия окружающей среды для многих специалистов будет воспринята (рассмотрена?), как существенное изменение в сложившейся картине мира.

Говоря о результатах своей работы, Пальчевский прогнозирует, что процессы изомеризации, вызванные двухфотонным поглощением, могут найти применение в оптогенетике. Данная наука представляет собой применение активируемых светом белков, чаще всего родопсинов, вырабатываемых организмами генетически измененных бактерий для изучения нейронных связей в мозге.

Пальчевский добавляет, что не видит причин, по которым бактериальный родопсин не мог бы подвергаться изомеризации в результате двухфотонного поглощения. По словам исследователя из Остина, в случае реализации такого механизма в оптогенетике можно будет использовать инфракрасное излучение, которое глубже проникает в биологическую ткань, чем традиционно применяющийся в ней видимый свет.

Источник: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2014, DOI: 10.1073/pnas.1410162111

метки статьи: #биохимия, #бытовая химия, #квантовая химия, #медицинская химия, #фотохимия, фотокатализ