Rafael Caruso, cercetător în cadrul National Eye Institute’s Ophthalmic Genetics & Visual Function Branch din Bethesda, Md., ne îndrumă către un răspuns.
Dacă trecem de la aer liber într-o zi însorită la o cameră foarte slab luminată, la început abia dacă suntem capabili să ne vedem împrejurimile. Cu toate acestea, pe măsură ce trece timpul, devenim treptat capabili să detectăm conținutul camerei. Acest fenomen este cunoscut sub numele de „adaptare la întuneric” și durează, de obicei, între 20 și 30 de minute pentru a ajunge la maxim, în funcție de intensitatea expunerii la lumină din mediul anterior.
Retina umană își poate îndeplini funcția de detectare a luminii într-o gamă uimitoare de intensități luminoase, de la lumina puternică a soarelui la lumina slabă a stelelor, bazându-se pe două tipuri de celule sensibile la lumină, sau fotoreceptori. Primul, conurile, a evoluat pentru vederea diurnă și poate răspunde la schimbările de luminozitate chiar și la niveluri de iluminare extrem de ridicate. (Totuși, conurile nu sunt capabile să răspundă la lumină în mod fiabil în condiții de iluminare slabă.)
Fotoreceptorii pentru vederea nocturnă se numesc bastonașe. Bastonii pot acționa ca detectori de lumină chiar și la niveluri extrem de scăzute de iluminare, dar sunt ineficienți – se știe că „saturează” – în lumină puternică. În mod remarcabil, bastonașele pot răspunde în mod fiabil la un singur foton de lumină vizibilă, astfel încât acestea funcționează la limita fizică a detectării luminii.
Atât conurile cât și bastonașele participă la adaptarea la întuneric, mărindu-și încet sensibilitatea la lumină într-un mediu întunecat. Conurile se adaptează mai repede, astfel încât primele câteva minute de adaptare reflectă viziunea mediată de conuri. Bastonașele lucrează mai lent, dar, deoarece pot funcționa la niveluri de iluminare mult mai scăzute, ele preiau controlul după perioada inițială de adaptare mediată de conuri. Aceasta este, de fapt, o caracteristică generală a multor sisteme senzoriale: dacă o senzație se bazează pe stimularea mai multor tipuri de celule receptoare, cel mai sensibil tip de receptor la un moment dat este cel care mediază senzația.
Atunci, ce se întâmplă în conuri și bastonașe în timpul adaptării la întuneric? Pentru a încerca să răspundem la această întrebare, trebuie mai întâi să luăm în considerare mecanismul care stă la baza funcției conurilor și a bastonașelor. Singurul eveniment mediat de lumină în viziune este interacțiunea fotonilor de lumină vizibilă cu moleculele proteice din fotoreceptorii cunoscuți sub numele de opsine ale conului sau ale bastonului, care sunt, de asemenea, cunoscute sub numele de „pigmenți vizuali”. Conurile umane au unul dintre cele trei tipuri de opsine, fiecare cu o sensibilitate ușor diferită la spectrul de lumină, ceea ce este relevant pentru vederea culorilor. Bastonașele, pe de altă parte, au o singură formă de opsină numită rodopsină. La vertebrate, toate opsinele fotoreceptoare conțin o moleculă numită retinal, sau retinaldehidă. (Sursa ultimă de retinal este vitamina A din alimentație; acesta este motivul pentru care un semn timpuriu al deficitului de vitamina A este orbirea nocturnă.)
Absorbția unui foton de către o moleculă de retinal induce o schimbare în configurația moleculară a lanțului său hidrocarbonat – un proces cunoscut sub numele de fotoizomerizare. După fotoizomerizare, opsina devine activă din punct de vedere chimic și este capabilă să inițieze o serie de evenimente biochimice în conuri și bastonașe care, în cele din urmă, conduc la o modificare a numărului de molecule de glutamat eliberate de fotoreceptor. Glutamatul, un aminoacid și neurotransmițător, acționează ca un mesager care transmite către alte celule retiniene informații despre stimularea luminoasă a fotoreceptorilor. În urma activării sale de către lumină, o moleculă de opsină își eliberează molecula de retină transformată. Opsina liberă – o opsină care și-a eliberat molecula de retină – este probabil să fie molecula responsabilă pentru sensibilitatea redusă a retinei la lumină.
Adaptarea la întuneric este necesară pentru recuperarea acestei sensibilități. Ea se realizează printr-o restaurare a configurației biochimice originale a pigmenților vizuali. Aceasta implică o recombinare a opsinei libere cu un retinal netransformat – ceea ce duce la o regenerare a opsinelor conice și a rodopsinei. Rata de livrare a retinalului către fotoreceptori este motivul probabil al ratei relativ lente de adaptare la întuneric. Deoarece acest proces a evoluat pentru a se adapta la schimbările lente ale iluminării care au loc în timpul tranziției de la zi la noapte, rata de schimbare a sensibilității este destul de adecvată pentru a compensa schimbările în iluminarea naturală.
Multe boli care interferează cu mecanismul molecular complex care stă la baza adaptării la întuneric duc la orbire nocturnă. În plus față de deficiența de vitamina A, care este cea mai frecventă cauză a orbirii nocturne în lumea neindustrializată, bolile oculare moștenite pot provoca această afecțiune. Multe dintre aceste boli, cum ar fi retinita pigmentară, sunt cauzate de mutații în genele care codifică numeroasele proteine care conduc eleganta mașinărie moleculară implicată în detectarea luminii.
Pentru lecturi suplimentare:
Phototransduction, Dark Adaptation, and Rhodopsin Regeneration. T. D. Lamb și E. N. Pugh, Jr., în Investigative Ophthalmology & Visual Science, Vol. 47, paginile 5138-5152; 2006.
Primii pași în vedere. Capitolele 4, 6, 7 și 8. R. W. Rodieck. Sinauer Associates, 1998.
.