V tej objavi na blogu bomo raziskali načela, kako čepki v človeškem očesu prepoznavajo in razlikujejo različne barve.
Verjetno ste že vsaj enkrat slišali, da so psi in mačke barvno slepi in da lahko barve razlikujejo le ljudje. Pravzaprav hišni ljubljenčki svet vidijo drugače kot mi. Ali ne morejo zaznati določenih barv ali pa vidijo le v omejenem barvnem razponu. Kljub temu živali svet zaznavajo tudi z drugimi čutili, ne le z barvami, in imajo pogosto boljši sluh in voh v primerjavi z ljudmi. Po drugi strani pa imajo ljudje izjemno sposobnost razlikovanja barv. Čeprav to ni 100-odstotno res, je pravilno, da smo ljudje bolj občutljivi na barve kot druge živali. To je posledica dveh vrst fotoreceptorjev, ki jih imamo, natančneje čepkov. Čepki v človeški mrežnici se odzivajo na rdečo, zeleno in modro svetlobo, odvisno od njihove vrste, in te informacije prenašajo v možgane. Dejstvo, da čepki igrajo to vlogo pri razlikovanju barv, je javnosti splošno znano. Vendar večina ljudi ne razmišlja poglobljeno o tem, kako ta proces dejansko deluje. Kako se torej čepki odzivajo na svetlobo? In kako so čepki razdeljeni na tri vrste – RGB (rdeča, zelena in modra)? Ta vprašanja se na prvi pogled morda zdijo težka, vendar nanje dejansko lahko odgovorimo z znanjem iz naravoslovja na srednješolski ravni. Raziščimo odgovore na ta vprašanja tako, da se osredotočimo na kemijsko strukturo čepkov.
Da bi razumeli, kako čepki razločujejo barve, nam ni treba secirati vsakega dela celice. Osredotočimo se le na del, ki absorbira svetlobo, na samem vrhu čepka. Vid se začne z beljakovino, imenovano opsin, in retinalom, ki se nanjo veže. Retinal je oblika vitamina A. Vid se začne, ko retinal absorbira svetlobno energijo in se pretvori v izomer. Izomer se nanaša na molekule, ki imajo enako molekulsko formulo, vendar različne strukture, kar ima za posledico različne fizikalne in kemijske lastnosti. Da se molekula pretvori v drug izomer, potrebuje energijo za spremembo svoje strukture; v primeru retinala ta energija prihaja iz svetlobe. Na tej točki je potrebna specifična energija, potrebna za izomerizacijo, zaradi česar molekula absorbira le določene valovne dolžine svetlobe. Na ta način čepki absorbirajo specifične valovne dolžine rdeče, modre in zelene svetlobe, kar jim omogoča razlikovanje barv.
Zanimivo je, da proces zaznavanja barv ni zgolj vizualni pojav, temveč se doseže s kompleksnimi interakcijami med živčnim sistemom in možgani. Ko svetloba doseže čepke, se ta informacija takoj prenese v možgane in pretvori v barve, ki jih zaznavamo. Na tej točki možgani primerjajo intenzivnost in valovno dolžino svetlobe, ki jo absorbira vsaka čepka, da ustvarijo različne barve, ki jih vidimo. Z drugimi besedami, zahvaljujoč izjemni računski sposobnosti možganov lahko ustvarimo skoraj neskončno število barvnih kombinacij z uporabo le treh barv: rdeče, zelene in modre. Ker se ta proces odvija hitro in natančno, lahko barve v vsakdanjem življenju takoj prepoznamo.
Zdaj pa si poglejmo, kako se čepki delijo na rdeče, modre in zelene. Ker vsi čepki uporabljajo isti retinal, retinal sam ne more razlikovati med RGB. Namesto tega je opsin, vezan na retinal, tisti, ki ustvarja razliko med vrstami čepkov. Opsin je vrsta beljakovine, osnovna enota beljakovine pa je aminokislina. V vsaki aminokislini je osrednji atom ogljika kovalentno vezan na amino skupino, karboksilno skupino in atom vodika. Narava aminokisline je določena s tem, na kaj je vezana preostala kovalentna vez – znana kot R-skupina. V tem primeru se molekula, vezana na R-skupino opsina, razlikuje za vsako vrsto čepka. Ta molekula določa moč interakcije z molekulo retinala.
Vrnimo se k procesu, s katerim se retinal pretvori v izomer. Ko se retinal spremeni v izomer, na potrebno energijo vplivajo privlačne sile okoliških molekul. To je zato, ker mora te sile premagati, da spremeni svojo strukturo. Zato se količina potrebne energije razlikuje glede na moč interakcije z R-skupino opsina, kar vodi do absorpcije svetlobe pri različnih valovnih dolžinah.
Do sedaj smo razpravljali o tem, kako čepki absorbirajo svetlobo določenih valovnih dolžin, s poudarkom na njihovi kemijski strukturi. Ključne točke so bile, da se retinal v čepkih, ko absorbira svetlobo, pretvori v izomer, ki zazna svetlobo, barva te svetlobe pa se razlikuje po skupini R opsina. Kot smo že omenili, je to mogoče razložiti z uporabo učnega načrta za kemijo, ki se poučuje v srednji šoli. Pravzaprav je večino pojavov okoli nas mogoče razložiti na ravni naravoslovja v srednji šoli. Upam, da so se bralci tega članka nekoliko bolje seznanili z znanostjo, ki se uporablja v vsakdanjem življenju.
