A látás adaptív mechanizmusai
Az emberi látórendszer felhasználható jelet biztosít a fényerősség széles tartományán keresztül. Néhány szem azonban optikailag jobban alkalmazkodik a világos vagy sötét viszonyokhoz. Például az éjszakai lepkék szuperpozíciós szemei ezer alkalommal érzékenyebbek lehetnek, mint a napi lepkék szemüvegjei. A gerinces szemeken belül négyféle mechanizmus működik, amelyek lehetővé teszik a látást széles fényerősség mellett. Ezek magukban foglalják az íriszre jellemző mechanizmusokat, az intenzitástartomány megosztását a rudak és a kúpok között, a jelátviteli folyamat kiigazítását a fotoreceptorokban, valamint az aktív fotopigment molekulák elérhetőségének változásait.
Látás és fényerősség
A fényszabályozásban a legnyilvánvalóbb mechanizmus az írisz. Az emberekben az írisz sötétben nyílik meg legfeljebb 8 mm (0,31 hüvelyk) átmérőig, és legalább 2 mm-re (0,08 hüvelyk) bezáródik. A retina kép fényereje 16-szorosára változik. Más állatokban a pupilla hatása sokkal nagyobb; Például bizonyos gekkókban a hasított pupilla egy átmérőjű, több milliméter hosszú körből négy tűlyukig bezáródhat, amelyek átmérője legfeljebb 0,1 mm (0,004 inch). A retina fényerősségi aránya legalább ezerszeres. Ennek a nagy tartománynak az oka valószínűleg az, hogy a gekkó éjszakai szemének erős védelmet igényel a fényes nappali fény.
Az emberekben a rudak a szem működési tartományának legtisztább részeire vonatkoznak, és nincs színes látásuk. A kúpok körülbelül a fényes holdfény szintjén kezdenek átvenni, és minden nappali fényerősségnél csak a kúpok látják a jelet. A rudak az egyes fénymononokra nagy elektromos jelekkel reagálnak, ami azt jelenti, hogy az elektromos válaszok a rodopszin molekulák alacsony fotonmegfogási sebességével telítenek. A rudak a látási küszöbértékeken működnek, amikor 85 percenként körülbelül egy fotont vesznek fel, a hajnal és az alkonyat körülményei között, amikor másodpercenként körülbelül 100 fotont kapnak. Távtartományuk nagy részében a rudak egy fotonos rögzítést jeleznek. A kúpok sokkal kevésbé érzékenyek, mint a rudak; továbbra is válaszolnak egyetlen fotonra, de a kapott elektromos jelek mérete sokkal kisebb. Ez a kúpoknak sokkal nagyobb működési tartományt eredményez, minimálisan körülbelül három foton / másodperc és több mint egymillió / másodperc között, ami elegendő az emberek legfényesebb körülményeinek kezeléséhez.
Ha a kúpokat rövid villogással jelenítik meg, nem pedig a folyamatos megvilágítási változásokkal, akkor azok működési tartománya a küszöbtől a telítettségig kicsi - kb. 100-as tényezőre csökken. Ugyanakkor a hosszabb megvilágítás kétféle változást idéz elő, amelyek kiterjesztik ezt a tartományt. A biokémiai transzducer kaszkád, amely az elektromos jelhez vezet, képes a saját nyereségét szabályozni, ezáltal csökkentve az elektromos jel méretét magas fotonfelvételi sebesség mellett. A fő mechanizmus attól függ, hogy a kalcium-ionok, amelyek a fotoreceptorba lépnek együtt a nátrium-ionokkal, gátolják a cGMP szintézisét, amely molekula a nátriumcsatornákat nyitva tartja (lásd fent: A fotoreceptorok felépítése és működése: idegi átvitel).. A fény célja a cGMP szint csökkentése, és ezáltal a membráncsatornák nátriumhoz és kalciumhoz való bezárása. Ha a fény állandó, a kalcium szint a fotoreceptorban csökken, a cGMP termelés kalcium „féke” gyengül, és a cGMP szint kissé növekszik. A megnövekedett cGMP-termelés újra megnyitja a membráncsatornákat. Tehát van egy visszacsatoló hurok, amely hajlamos a fény közvetlen hatására szemben állni, biztosítva, hogy a telítettség (az összes membráncsatorna teljes bezárása) ne forduljon elő. Ez viszont meghosszabbítja a fotoreceptor munkatartományának felső végét.
A funkcionális vizuális pigmentmolekulák lassú áramlási sebessége szintén elősegíti a szem fokozott képességét a magas fényszinttel szemben. A gerinces állatoktól az összes transz-retinaist, amely akkor képződik, amikor egy foton izomerizálja a rodopszin molekula 11-cisz retina-ját, eltávolítják a rúdról vagy a kúpról. Ez átjut a szomszédos pigment hámcsatornába, ahol regenerálódik az aktív 11-cisz formába és visszajuttatja a fotoreceptorba. Ez a folyamat átlagosan két percig tart. Minél magasabb a fényszint, annál nagyobb a retina molekuláinak száma inaktív all-transz-állapotban. Ezért kevesebb rodopszinmolekula áll rendelkezésre, hogy reagáljon a fényre. Az intenzitáseloszlás felső végén a fotorecepció önkorlátozóvá válik, a kúpok soha nem fognak másodpercenként körülbelül egymillió fotont meghaladni.
