Färg är resultatet av en lång kedja av komplexa interaktioner. En av de allra viktigaste sker mellan ljusets våglängder och tappcellerna i det mänskliga ögat. För att verkligen förstå hur ljusabsorption fungerar – och varför människan ser i tre olika färger – behöver man lite bakgrund om samspelet mellan ljus och materia samt om hur nervceller kommunicerar.
Olika våglängder av ljus bär på olika mängder energi. Längre våglängder innebär mindre energi, medan kortare våglängder innebär mer. När en foton – den minsta tänkbara mängden ljus – passerar genom ett material sker en av tre saker: den går igenom materialet, reflekteras mot dess yta eller absorberas. Fotons öde avgörs helt av materialets egenskaper. Om en atom eller molekyl har två olika energitillstånd som skiljs åt av exakt den energimängd som fotonen bär på, är sannolikheten stor att fotonen absorberas.
Atomer omges av elektroner. Elektronerna kan befinna sig i olika energitillstånd runt atomen, men de föredrar normalt sitt lägsta energiläge. Det visar sig att energin i synligt ljus ligger precis inom det intervall där elektronernas energiskillnader kring atomer befinner sig. När synligt ljus passerar genom ett material och ljusets energi exakt motsvarar den energi som krävs för att lyfta en elektron från ett tillstånd till ett annat, absorberas ljuset – och elektronen hamnar i sin nya konfiguration.
Neuroner överför signaler genom att transportera kemiska ämnen via kanaler i sitt cellmembran. När specifika molekyler byter konfiguration förändras fördelningen av deras atomer, vilket i sin tur får andra molekyler att reagera. I det som kallas en enzymatisk kaskad förstärks en till en början liten signal genom hela cellen och utlöser slutligen öppningen av kanalerna i cellmembranet. Genom de öppna kanalerna släpps andra signalmolekyler ut, och budskapet är framme. I ögats tappceller är budskapet enkelt: "Jag har sett ljus."
Det normala mänskliga ögat innehåller tre olika typer av tappceller (personer med färre typer lider av färgseendefekt, medan personer med fyra typer kallas tetrakromater). Varje typ av tappcell absorberar ett något olika ljus: blått, grönt respektive gulgrönt. Som beskrivits ovan absorberas ljus effektivast när dess energi exakt matchar en energiskillnad hos elektronerna i en atom. I tapparna är den aktuella molekylen retinal. Retinal absorberar synligt ljus och flyttar en elektron från ett energiläge till ett annat. Den enskilda elektronens energiändring förändrar retinalens form. Detta är själva kärnan i allt mänskligt seende – och i princip allt seende på jorden: en absorberad foton förändrar retinalens form.
I sitt normala tillstånd är retinal låst i en större molekyl vid ytan av en tappcell. Denna större molekyl kallas opsin och håller fast retinalmolekylen. När retinalen ändrar form lossnar den från opsinet. Opsinet ändrar då själv konfiguration och startar en signalkaskad. En enda foton genererar på så vis en signal bestående av ungefär 100 000 molekyler längre ner i kedjan. Opsinet återställs så småningom till sin ursprungliga form av en annan molekyl inne i cellen. Under tiden vandrar den deformerade retinalen ut ur näthinnan, återvinns till sin ursprungliga form och blir till slut fri att binda till ett nytt opsin.
Om allt ljus absorberas av samma molekyl – retinal – hur kan då fotoner med olika energi absorberas? Svaret är att de tre olika typerna av tappceller i ögat producerar minimalt olika varianter av opsinmolekylen. Dessa opsinmolekyler, som håller retinalen stadigt, modifierar vilka elektronenergier som är möjliga i retinalen. En förändrad energi innebär att en annan sorts foton absorberas – och det är därför människan har tre olika färgsensorer i ögat.
Hälsa och Sjukdom © https://www.sjukdom.online