Silm on üks looduse keerulisemaid mehhanisme. Silm suudab valguse elektrisigaalideks muuta ja need neid signaalid ajju vahendada. Ajus toimub reaalajas nägemisaistingu tootmine. Esmane pilditöötlus toimub silma võrkkestal, kus paikeb kaht tüüpi fotoretseptorrakke – kolvikesed ja kepikesed. Kolvikesed vastutavad põhiliselt silma värvitundlikkuse eest. Kepikesed, mida on hulga poolest oluliselt rohkem (ühes inimsilmas kuni 120 miljonit rakku), on pigem üldiselt valgustundlikud ja värvierinevustele vähem vastuvõtlikud. Singapuri teadlased uurisid üksikuid Aafrika küüniskonna (Xenopus laevis) fotoretseptor-kepikesi. Leiti, et nimetatud rakud suudavad eristada koguni üksikuid footoneid. Lisaks avastati, et üksik fotorakk suudab tuvastada väga nõrga valguse koherentsust (koherentsete lainete faaside suhe on konstantne – toim.).
Silma võrkkestas oleva kepikese ehitus on näha vasakul. Paremal on foto pipeti otsa paigutatud üksikust rakust ning optilisest kiust. Raku otsas absorbeeritud footonid põhjustavad rodopsiini molekulide ümberjärjestumise, mis põhjustab omakorda optilise närvi erutumisega päädiva keemiliste reaktsioonide kaskaadi.
Uurimistöös kasutas töörühm mikropipetti, mille otsa oli kinnitatud üksik fotorakk. Pipett sisaldas raku loomulikku elukeskkonda simuleerivat vedelikku, mis hoidis raku elus. Raku ette asetati väga väike laseriga ühendatud optiline fiiber, mis kiirgas raku suunas lühikesi valgusimpulsse. Lahus pipetis käitus elektroodina, mis lubaski mõõtmisi sooritada. Mõõdeti valgusimpulsside põhjustatud raku voolumuutusi.
Iga kepikese otsas on väike kogus rodopsiini fotopigmenti. Tegemist on ainega, mis muudab valguse toimel oma keemilisi omadusi (laguneb – toim). Valguse puudumisel voolab rakus pidev ioonvool. Rakule paistev valgus põhjustab selles laengute polarisatsiooni, mis ühtlasi katkestab fotovoolu stabiilsuse. Tekkinud impulss levib närvikanaleid pidi ajju.
Teadustöös kiiritati rakku järestikuste lühikeste valgusimpulssidega. Leiti, et üksik rakk suudab eristada ühes pulsis kuni tuhat footonit. Lisaks leiti, et kepikesed suutsid eristada koherentset kiirgust pseudotermaalsest (pseudothermal), mille valgus on „tükkideks hakitud“ mehhaanilise pöörleva ketta poolt. Eristusvõime on rakul sedavõrd tugev, et teadlaste arvates on võimalik rakkudest valmistada ülitundlikke kunstlikke optilisi detektoreid.
Lõppeks avastasid teadlased, et rodopsiini rakud suudavad interakteeruda üksikute fotonitega, mis näitab kuivõrd tundlikkud rakud tegelikult on. Töörühm kavatseb edaspidi uurida rakkude kasutamist kvantoptika- ja kvantkommunkatsiooniseadmetes.
Allikas: Phys.org
Leave a Reply