Mecanisme de adaptare a vederii
Sistemul vizual uman reușește să ofere un semnal utilizabil pe o gamă largă de intensități de lumină. Cu toate acestea, unii ochi sunt mai bine adaptați optic pentru a face față condițiilor de lumină sau întuneric. De exemplu, ochii de suprapunere a molii nocturne pot fi la fel de mult de o mie de ori mai sensibili decât ochii apositori ai fluturilor diurni. În ochii vertebrați, există patru tipuri de mecanisme care funcționează pentru a permite viziunea într-o gamă largă de intensități de lumină. Acestea includ mecanisme specifice irisului, împărțirea intervalului de intensitate între tije și conuri, ajustări la procesul de transducție a semnalului în fotoreceptori și variații în disponibilitatea moleculelor de fotopigment activ.
Viziunea și intensitatea luminii
Cel mai evident mecanism implicat în reglarea luminii este irisul. La om irisul se deschide în întuneric până la un diametru maxim de 8 mm (0,31 inch) și se închide la minimum 2 mm (0,08 inch). Luminozitatea imaginii în retină se modifică cu un factor de 16. La alte animale, efectul elevului poate fi mult mai mare; de exemplu, în anumite ghete, elevul cu fante se poate închide de la un cerc cu mai mulți milimetri în diametru până la patru găuri fiecare, cu un diametru de 0,1 mm (0,004 inci) sau mai puțin. Raportul luminozității retinei este de cel puțin o mie de ori. Motivul pentru această gamă mare este probabil că ochiul nocturn al gecko are nevoie de o protecție puternică împotriva luminii de zi.
La om, tijele sunt preocupate de partea cea mai slabă a gamei de lucru a ochiului și nu au o vedere a culorii. Conurile încep să preia aproximativ nivelul luminii lunii, iar la toate intensitățile de zi, conurile singure oferă semnalul vizual. Tijele răspund la fotoni de lumină singuri cu semnale electrice mari, ceea ce înseamnă că răspunsurile electrice se saturează la viteze mici de captare de fotoni de către moleculele de rodopsină. Tijele funcționează în intervalul de la pragul vizual, când primesc aproximativ un foton la fiecare 85 de minute, până în condiții de zori și de amurg, când primesc aproximativ 100 de fotoni pe secundă. Pentru cea mai mare parte a gamei lor, tijele semnalizează capturi cu un singur foton. Conurile sunt mult mai puțin sensibile decât tijele; ele răspund în continuare la fotoni singulari, dar dimensiunile semnalelor electrice rezultate sunt mult mai mici. Acest lucru oferă conurilor o gamă de lucru mult mai mare, de la minimum trei fotoni pe secundă la mai mult de un milion pe secundă, ceea ce este suficient pentru a face față celor mai strălucite condiții pe care le întâmpină oamenii.
Dacă conurile sunt prezentate cu scurte sclipiri, mai degrabă decât schimbări constante de iluminare, intervalul lor de lucru de la prag la saturație este mic - redus la un factor de aproximativ 100. Cu toate acestea, iluminarea mai lungă induce două tipuri de schimbări care extind acest interval. Cascada biochimică a traductorului care duce la semnalul electric are capacitatea de a regla propriul câștig, reducând astfel dimensiunea semnalului electric la viteze mari de captare de fotoni. Mecanismul principal depinde de faptul că ionii de calciu, care intră în fotoreceptor împreună cu ionii de sodiu, au un efect inhibitor asupra sintezei cGMP, molecula care menține canalele de sodiu deschise (vezi mai sus Structura și funcția fotoreceptorilor: transmisie neuronală). Efectul luminii este de a reduce nivelurile de cGMP și de a închide astfel canalele de membrană de sodiu și calciu. Dacă lumina este persistentă, nivelul de calciu din fotoreceptor scade, „frâna” de calciu din producția de cGMP slăbește, iar nivelul cGMP crește oarecum. Producția crescută de cGMP deschide din nou canalele de membrană. Astfel, există o buclă de feedback care tinde să se opună efectului direct al luminii, asigurându-se că saturația (închiderea completă a tuturor canalelor de membrană) nu are loc. La rândul său, extinde capătul de sus al intervalului de lucru al fotoreceptorului.
Viteza lentă a cifrei de afaceri a moleculelor funcționale de pigment vizual ajută, de asemenea, la extinderea capacității ochilor de a răspunde la niveluri ridicate de lumină. La vertebrate, retina all-trans, produsă când un foton izomerizează retina 11-cis a unei molecule de rodopsină, este eliminată din tijă sau con. Acesta trece la epiteliul pigmentar adiacent, unde este regenerat înapoi la forma activă de 11 cis și trecut înapoi la fotoreceptor. În medie, acest proces durează două minute. Cu cât nivelul luminii este mai mare, cu atât este mai mare numărul de molecule de retină în stare inactivă all-trans. Prin urmare, există mai puține molecule de rodopsină disponibile pentru a răspunde la lumină. La capătul de sus al distribuției intensității, fotorecepția devine autolimitată, conurile nu prindând niciodată mai mult de aproximativ un milion de fotoni pe secundă.
