Das menschliche Auge hat sich so entwickelt, dass es Licht nur zwischen etwa 350 und 700 nm wahrnimmt, da diese Form von Licht in unserem Leben am häufigsten vorkommt. Andere Tiere können Lichter mit leicht unterschiedlichen Frequenzen wahrnehmen. Können sich Augen theoretisch so entwickeln, dass sie alles Licht, wie wir es heute kennen, wahrnehmen können? Wenn nicht, was wäre ungefähr die maximale Anzahl von Frequenzen, die wahrgenommen werden können?
Es gibt einige Grenzen dafür, welches Licht auf der Grundlage von Physik und Chemie biologisch nachgewiesen werden kann. Obwohl es Tiere gibt, die mehr UV- oder Infrarotstrahlung als Menschen wahrnehmen können, unterliegen sie dennoch diesen Einschränkungen.
Die Art und Weise, wie die meisten Arten des Sehens funktionieren, besteht darin, Photonen zu verwenden, um eine Konformationsänderung in einem Opsin - Protein zu bewirken, indem eine chemische Bindung in einem empfindlichen Molekül (einem Chromophor, zum Beispiel Retinal , das sich von 11-cis zu all-trans ändert) beeinflusst wird das Opsin. Um eine bestimmte Lichtwellenlänge mit diesem Mechanismus zu erfassen, ist es notwendig, dass die Energie des Lichts ausreicht, um diese chemische Veränderung im Opsin-Chromophor zu verursachen, ohne jedoch genug Energie zu haben, um das Molekül vollständig durch Aufbrechen einer Bindung zu zerstören.
Längerwelliges Licht („Infrarot“) wird auch als Wärme bezeichnet. „Wärme“-Photonen zu erkennen ist schwierig, weil sie nicht viel Energie haben. Daher braucht man ein sehr empfindliches Molekül. Es stellt sich heraus, dass die auf Opsin basierenden Sehstrategien Chromophore verwenden, die zu stabil sind, um langwelliges Licht zu erfassen.
Einige Schlangen haben eine besondere Infrarotempfindlichkeit , zum Beispiel die Grubenotter. Diese Tiere „sehen“ Infrarot jedoch nicht mit ihren Augen : Sie haben ein anderes spezialisiertes Organ, das Grubenorgan genannt wird. Das Grubenorgan verwendet Rezeptoren, die den Wärmerezeptoren in Ihrer Haut viel ähnlicher sind als den Fotorezeptoren in Ihrem Auge, aber das Grubenorgan verwendet einen Lochkameraeffekt, um das einfallende Licht auf eine sehr empfindliche wärmeempfindliche Membran zu lenken.
Menschen können natürlich auch Infrarot wahrnehmen, aber auf die gleiche Weise: eher durch die Haut als durch die Augen und mit geringer Auflösung. Wenn Sie jedoch draußen in der Sonne stehen und die Augen schließen, können Sie wahrscheinlich immer noch die Richtung der Sonne „sehen“: Eine Seite Ihres Körpers wird sich wärmer anfühlen als die andere! In gewisser Weise ist dies wie eine Form von "Vision" mit niedriger Auflösung, wenn Sie diesen Begriff sehr weit definieren möchten. Die Infrarotempfindlichkeit der Schlange ähnelt eher dieser Empfindung als dem Sehvermögen.
Wenn Sie zu sehr langen Wellenlängen kommen, zum Beispiel Radiowellen, ist die Wellenlänge zu lang und zu energiearm, um überhaupt auf molekularer Ebene relevant zu sein : Diese Lichtformen wandern direkt durch Zellen, und einzelne Photonen tragen nicht genug Energie, um Moleküle auf biologisch wahrnehmbare Weise zu beeinflussen.
Sehr kurzwelliges Licht hat das gegenteilige Problem: zu viel Energie. Ionisierende Strahlung (aus dem oberen ultravioletten Bereich und kürzer) hat genug Energie, um tatsächlich Elektronen freizusetzen und Ionen zu erzeugen. Diese Art von Strahlung schädigt biologische Moleküle, einschließlich DNA, sodass Organismen viele gute Gründe haben, diese Art von Strahlung zu vermeiden. Die Exposition gegenüber kurzwelliger Strahlung kann neben direkten Auswirkungen auf andere Moleküle in den Zellen auch ein Ausbleichen (permanente Zerstörung) von lichtempfindlichen Molekülen und eine möglicherweise schädigende Erwärmung von Gewebe um Pigmente verursachen.
Insekten und andere Organismen, die in den UV-Bereich sehen können, sehen meist im nahen UV-Bereich, > 300 nm, nicht zu weit von unserem eigenen Sichtbereich entfernt (entspricht ungefähr "UVA"). Es stimmt jedoch nicht, dass Menschen diese Wellenlängen aufgrund einer gewissen Unempfindlichkeit unserer Fotorezeptoren nicht sehen können: Stattdessen wird UV-Licht (zumindest teilweise) von Hornhaut und Linse blockiert , vermutlich um die Netzhaut vor Schäden zu schützen!
Menschen und andere Organismen haben eine gewisse Empfindlichkeit gegenüber schädlichen UV-Wellenlängen, nur nicht durch das Sehen. Stattdessen spüren Menschen und andere Organismen UV auf der Grundlage der in den Zellen angerichteten Schäden, die Reparaturmechanismen und Apoptose rekrutieren, um zu verhindern, dass Schäden zu Krebs führen.
Die chemischen Prozesse hinter dem Sehen bestimmen den Bereich potenziell wahrnehmbarer Wellenlängen. Tiere auf der Erde können Proben aus diesem gesamten Spektrum nehmen. Mechanismen zur Erfassung von Wellenlängen außerhalb dieses Bereichs würden ganz andere Ansätze und vielleicht sogar eine einzigartige Biochemie erfordern. Die Mechanismen müssten so unterschiedlich sein, dass wir diese Mechanismen wahrscheinlich nicht als "Sehen" bezeichnen würden (zum Beispiel wird sogar die Infrarotempfindlichkeit der Grubenotter nicht wirklich als Sehen bezeichnet), aber wir würden auf eins kommen neue Begriffe, wie "Radiosensibilität" oder "Strahlensensibilität", genauso wie wir unterschiedliche Namen für das "Hören" von relativ hochfrequenten Druckwellen mit den Ohren haben, aber "Vibrationsempfindlichkeit" für niederfrequente Druckwellen, die durch die Haut gefühlt werden .
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Raymond