Почему глаза так долго привыкают к темноте: внутри нас — сто миллионов «приборов ночного видения», которые ломаются от каждого фотона
Гроза обесточила дом. Свет погас. Сначала — кромешная тьма. Но проходит несколько минут, и лунный свет из окна уже позволяет различать очертания мебели. Свет не изменился — изменились ваши глаза. Почему же им требуется так много времени, чтобы полностью привыкнуть к темноте?
Ответ кроется в устройстве клеток сетчатки и в том, как они эволюционировали, рассказали эксперты Live Science.
Колбочки и палочки: две армии с разными задачами
Наши глаза используют два типа светочувствительных клеток — фоторецепторов, — которые по форме называют колбочками и палочками. Колбочки отвечают за цветовое зрение. У человека их три разновидности, настроенные на красный, зеленый и синий свет. Все оттенки, которые мы видим, — это смесь сигналов от этих трех типов, объясняет Ананд Сваруп, глава лаборатории нейробиологии и нейродегенерации Национального глазного института США.
Но когда свет гаснет, на сцену выходят палочки. Они не различают цвета, зато обладают фантастической чувствительностью: каждая способна зарегистрировать один-единственный фотон — элементарную частицу света. «Палочки — это то, что позволяет вам видеть при тусклом свете», — говорит Сваруп.
У этой сверхчувствительности есть цена. Обнаружив фотон, палочка выходит из строя. И на ее восстановление может уйти до часа. «Всё дело в родопсине», — поясняет Алапаккам Сампат, ретинальный нейробиолог из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.
Молекулярный выключатель
Родопсин — это соединение, вырабатываемое из витамина А, которое и позволяет палочкам чувствовать свет. Он состоит из двух частей: белка опсина и молекулы ретиналя. Когда родопсин поглощает фотон, ретиналь меняет форму с изогнутой на прямую и отсоединяется от опсина. Этот процесс называется «обесцвечиванием»: родопсин перестает работать.
Отработанный ретиналь отправляется в пигментный эпителий сетчатки, где его «ремонтируют», возвращая прежнюю изогнутую форму. Затем он воссоединяется с опсином, и родопсин снова готов ловить фотоны.
Если «обесцвечены» все палочки глаза — а именно это происходит, когда мы выходим из ярко освещенной комнаты в полную темноту, — на их полное восстановление уйдет от 45 минут до часа, рассказывает Йохан Пальберг, глава группы физиологии фоторецепторов Национального глазного института. Некоторые палочки возвращаются в строй уже через 10–15 минут, обеспечивая минимальное ночное зрение, но настоящая адаптация — процесс медленный.
Почему эволюция не торопилась
В каждой сетчатке человека примерно 6 миллионов колбочек и 100 миллионов палочек. Как отмечает Сампат, природа компенсировала медлительность восстановления огромным числом «приборов ночного видения»: пока одни палочки ремонтируются, другие продолжают работать.
Колбочки сосредоточены в центре сетчатки — там, куда хрусталик фокусирует основную часть света, — и обслуживают нас днем. Палочки же в это время практически не функционируют. При резком переходе от яркого света к темноте наш зрачок расширяется, впуская больше света, — это быстрый, но весьма скромный механизм адаптации. Основная работа ложится именно на палочки и их родопсин.
До изобретения электричества человек почти никогда не сталкивался с мгновенным перепадом освещенности. Переход от дня к ночи занимал как раз около часа — за это время солнце неспешно садилось, а палочки так же неспешно восстанавливались. «Эволюционного давления в пользу ускорения не было», — резюмирует Сампат.
Кстати, именно палочки — самые уязвимые клетки сетчатки. С возрастом они страдают первыми, поэтому пожилым людям часто трудно водить машину в сумерках. Ученые уже разрабатывают диагностический тест, измеряющий скорость адаптации глаза к темноте, чтобы отслеживать возрастные изменения сетчатки. А пока лучший совет — дать глазам время. И, возможно, не хвататься за телефон каждую свободную минуту: каждая вспышка экрана обнуляет весь часовой процесс восстановления.
Источники: Live Science, беседы с Алапаккамом Сампатом (UCLA), Анандом Сварупом и Йоханом Пальбергом (NEI).
