Хората могат да виждат инфрачервена светлина

Последни изследвания сочат, че т.нар. видим диапазон на електромагнитното лъчение може да се разшири – оказва се, че човек в някои случаи може да вижда инфрачервената светлина, независимо че тя се смята за напълно невидима за нашето око.

Серия експерименти демонстрират, че подобен ефект възниква в резултат на това, че два инфрачервени фотона едновременно попадат на един пигментен белтък на окото. От това се отделя енергия, инициираща химични изменения, които ни позволяват да видим първоначално невидимата светлина.

Науката гласи, че човешкото око е способно да вижда електромагнитни вълни с дължина от 400 нанометра (синя светлина) до 720 нанометра (червена светлина).

И все пак са известни случаи, когато хората са виждали специфична инфрачервена лазерна светлина с дължина на вълната над 1000 нанометра и са я интерпретирали като бял, зелен или друг цвят.

Кшищоф Палчевски, фармаколог от университета Кейс Уестърн Ризърв, твърди, че вижда светлина с дължина на вълната около 1050 нанометра при ниско ниво на енергия на лазера.

„Случва се такова лъчение да се види с невъоръжено око“, твърди Палчевски. Заедно със своите колеги фармакологът влязъл в ролята на водещ автор на новото изследване.

За да провери явява ли се чувствителността към инфрачервената светлина уникална за някои хора, или тя се среща доста често, Палчевски решил да проведе експеримент.

Той поканил в лабораторията си 30 доброволци, на които провел сканиране на ретината с лъч светлина с ниско ниво на енергия. Дължината на вълната периодично се изменяла. Когато достигнала ниво на инфрачервено лъчение, участниците първоначално не виждали светлина, но след това започнали да съобщават, че виждат лъч. Дължината на вълната в този момент била над 1000 нанометра.

Това феноменално явление се оказало присъщо на хората като цяло и Палчевски си задал въпроса: как човек може да вижда светлина, която принципно се смята за незрима? Съществуват две възможни хипотези, които са способни да обяснят този феномен.

Първата от тях предполага, че светлината с голяма дължина на вълната попада върху колагеновите влакна на съединителната тъкан на окото, докато малко количество енергия се превръща във фотони с дължина на вълната около половината от тази на първичната светлина.

Това явление се нарича генерация на втора хармонична. Ретината след това детектира тази видима светлина и кара мозъка да мисли, че тя е дошла директно от източника.

Втората хипотеза гласи, че „инфрачервеното зрение“ се явява резултат от явление, известно като двуфотонна изомеризация. Молекулите на фоторецепторите в окото поглъщат енергията на отделни фотони в обичайния видим диапазон. Това кара молекулите да изменят своята форма и да предизвикат верига събития, което ни позволява да виждаме незримото лъчение.

Но ако двата фотона, всеки носещ по половин енергия – и следователно с двойно по-голяма дължина на вълната, – попаднат в окото едновременно, то тяхната енергия се сумира и възможно предизвиква същата изомеризацияя, както и единичния „видим“ фотон.

За проверка на хипотезата Палчевски и екипът му отстранили колагена от ретината на мишки и измерили реакцията на животните на светлина с различни дължини на вълната. Но ретината на мишките реагирала на 1000-нанометров лазер по същия начин, както и ретината на човек с присъстващ колаген. Тези резултати позволили да се предположи, че генерацията на втората оптична хармонична в дадения случай не играе роля.

Друго доказателство за неверността на първата хипотеза е открито в хода на допълнителен опит с мишки. Изследователите взели фоторецепторни кристали на белтъка родопсин у мишки и ги подложили на въздействието на инфрачервено лъчение.

Под светлина с дължина на вълната 1000 нанометра кристалите изменили своя цвят от червен на жълт. Ако генерацията на втора хармонична е била причина за изменението на цвета, то спектърът, излъчван от кристалите родопсин, би имал характерен отпечатък, но изследователите не видели нищо подобно.

Учените още нямат експериментални доказателства в полза на втората хипотеза, твърдяща, че инфрачервеното зрение се обяснява с двуфотонна изомеризация. И все пак компютърно моделиране показало, че именно такова обяснение засега се явява единствено вярно.

Квантово-химични изчисления показали, че родопсинът може да погълне двата нискоенергийни фотона. При това възбуденото състояние да двата фотона в момента на сблъсък ще бъде същото, както и при попадане на един фотон видима светлина върху белтъка на окото.

Същите изчисления показали още, че двойната абсорбция трябва да достига своя пик между 1000 и 1100 нанометра, а това напълно се съгласува с експерименталните наблюдения.

Резултатите от изследванията на екипа на Палчевски са публикувани в сп. РNAS.