Rodopsín, zrakový purpur: farbivo tyčiniek, ktoré sa pri pobyte v tme obnovuje

Vieš, akú farbu má sietnica? Keby si sa v roku 1876 pozeral cez plece fyziológovi Franzovi Bollovi, videl by si, že žabia sietnica, ktorá bola predtým v tme, je načervenalá. A že na svetle zbledne. Týmto pozorovaním sa začína príbeh rodopsínu, zrakového purpuru. Je to farbivo tyčiniek, vďaka ktorému vidíš v šere a ktoré sa pri pobyte v tme v pokoji obnovuje, lebo ho nič neruší.

Veľa ľudí, ktorí k nám s Lenčou do tmy chodia, sa pýta, čo sa s okom za tie dni v tme vlastne deje. Časť odpovede sa skrýva v jednej nenápadnej molekule. Poďme sa s ňou zoznámiť.

Žabia sietnica, ktorá na svetle bledne

Franz Boll (1849–1879) opísal v roku 1876 červené sfarbenie tyčiniek v žabej sietnici adaptovanej na tmu. Hovoril mu Sehrot, „zraková červeň“. A hlavne ukázal dve veci, na ktorých stojí všetko ďalšie: svetlo farbivo vybieľuje a tma ho zasa obnovuje.¹

O niekoľko týždňov na Bolla nadviazal Wilhelm Kühne. Látku ďalej skúmal a nazval ju Sehpurpur, zrakový purpur.¹ Preto sa v rôznych textoch dočítaš, že zrakový purpur objavil Kühne. Celkom fér to nie je. Objaviteľom je Boll, Kühne dal látke meno a poriadne ju preskúmal. Trochu ako keď jeden nájde v lese hubu a druhý ju určí a napíše o nej knižku. Obaja urobili kus práce, ale našiel ju ten prvý.

Dnes sa tomu farbivu hovorí hlavne rodopsín. Staré meno „zrakový purpur“ však zostalo a priznám sa, že sa mi páči viac. Je v ňom počuť, že to niekto kedysi naozaj videl na vlastné oči.

Čo rodopsín v tyčinke robí

Tyčinky sú bunky sietnice, ktoré pracujú v šere a v tme. O čapíkoch a o tom, ako sa s tyčinkami striedajú v službe, píšem v článku o adaptácii oka na tmu. Rodopsín je zrakové farbivo tyčiniek. Keď doň narazí svetlo, farbivo sa „vybieli“ – presne to, čo Boll videl na žabej sietnici. Tým tyčinka svetlo zaznamená a pošle signál ďalej.

Vybielené farbivo sa však nedá použiť znova, kým sa neobnoví. A tu je háčik. Podľa prehľadu Lamba a Pugha neurčuje rýchlosť obnovy po silnom osvetlení samotná tyčinka, ale prísun molekuly 11-cis retinalu k opsínu, teda k bielkovinovej časti farbiva.¹ Kým molekula nedorazí, rodopsín sa naspäť neposkladá.

Trochu mi to pripomína, ako to u nás chodí s jedlom. V chatke sa nič samo neuvarí. Sprievodca donesie jedlo do predsiene bez toho, aby pustil dnu svetlo, a ty si ho vezmeš, až keď tam je. Tyčinka je na tom podobne: môže byť ochotná, koľko chce, ale kým jej „zásobovač“ nedonesie čerstvú dodávku, nič nevyrobí 🙂

Zrakový purpur a minúty, ktoré oko potrebuje

Že obnova purpuru a zvykanie si na tmu spolu úzko súvisia, tušili fyziológovia už v tridsiatych rokoch. Hecht, Haig a Chase v roku 1937 zistili, že po veľmi silnom osvetlení sa tyčinky v tme zapoja až po 12–13 minútach, a spojili to práve s obnovou zrakového purpuru.¹ Učebnica sietnice Webvision dnes uvádza, že priebeh adaptácie na tmu a priebeh regenerácie rodopsínu sa zhodujú.¹

Inými slovami: keď stojíš v tme a „stále nič nevidíš“, oko neleňoší. Dopĺňa farbivo. Po silnom svetle trvá úplný návrat citlivosti desiatky minút a absolútny prah oko dosiahne asi po 40 minútach v tme.¹ Kto niekedy vyšiel v noci z rozsvietenej kuchyne do záhrady a prvé chvíle zakopával o všetko naokolo, ten tento proces pozná z vlastnej skúsenosti. Len netušil, že za jeho modrinami stojí chudák retinal, ktorý nestíha 😉

Rodopsín počas pobytu v tme

A teraz to, čo je dôležité pre nás. Keď v chatke zhasneš, nič už purpur nevybieľuje. Žiadna lampa, žiadny displej, žiadne svetlo z okna. Zásobovač zrazu stíha a tyčinky sa doplnia. A potom zostanú pripravené celé dni, pretože v úplnej tme nie je nič, čo by farbivo znova vybielilo.

Také oko je naozaj citlivé. Pokusy ukazujú, že oko adaptované na tmu zareaguje na niekoľko málo fotónov.² Podrobnejšie o tom píšem v článku Vidí oko jeden fotón? Pre prax z toho vyplýva jediné: tma v chatke musí byť naozaj úplná. Keby niekde blikala kontrolka, tyčinky by si to všimli. Preto je u nás klimatizácia upravená tak, aby nesvietila.

A čo keď po týždni otvoríš dvere? Svetlo purpur vybieľuje, to ukázal už Boll. Ľudia nám po návrate často hovoria, že svetlo je ostré. Či za tým stojí hlavne vybieľovanie purpuru, alebo aj niečo ďalšie, ti s istotou nepoviem. V podkladoch, z ktorých vychádzam, som nenašiel štúdiu, ktorá by merala rodopsín u ľudí po týždni v tme. Úprimne povedané: viem, čo ľudia opisujú, a poznám chémiu z učebnice. Spojiť to natvrdo dokopy by už bola špekulácia.

Rodopsín nie je melanopsín

Ešte jedna vec, ktorú si ľudia často pletú. V oku je aj ďalšie farbivo citlivé na svetlo, melanopsín. Nie je v tyčinkách ani v čapíkoch, ale v iných bunkách vnútornej sietnice. Autori, ktorí ho u človeka opísali, usúdili, že neslúži na videnie, ale na iné úlohy, napríklad na riadenie vnútorných hodín a potláčanie melatonínu.³ Zjednodušene: rodopsín ti v šere pomáha vidieť, melanopsín hlási telu, či je deň. To druhé je samostatný príbeh, nájdeš ho v článku o melanopsíne a vnútorných hodinách.

Pre pobyt v tme sú zaujímavé obe farbivá, len každé z iného dôvodu. Rodopsín vysvetľuje, prečo musí byť tma v chatke naozaj úplná. Melanopsín mieri k vnútorným hodinám, teda k otázke, čo robí tma s rytmom celého dňa. A to, čo sa medzitým deje v mozgu, opisuje stránka o zrakovej deprivácii. Odborné pojmy ako tyčinky, čapíky alebo prah videnia nájdeš v slovníku pojmov.

A ak si chceš nechať zrakový purpur poriadne doplniť, máme pri Kutnej Hore päť chatiek a v každej tmu, v ktorej nevidíš ani ruku pred očami. Pokojne sa najprv opýtaj na čokoľvek, čo ťa zaujíma. Radi ti poradíme, či začať jednou nocou, alebo rovno týždňom.

Tešíme sa na teba – Tomáš a Lenča

Zdroje

1. Hecht S, Haig C, Chase AM (1937). The influence of light adaptation on subsequent dark adaptation of the eye. Journal of General Physiology. doi:10.1085/jgp.20.6.831; Lamb TD, Pugh EN Jr (2004). Dark adaptation and the retinoid cycle of vision. Progress in Retinal and Eye Research. doi:10.1016/j.preteyeres.2004.03.001; Kalloniatis M, Luu C (2007). Light and Dark Adaptation. Webvision: The Organization of the Retina and Visual System. webvision.pitt.edu/book/part-viii-psychophysics-of-vision/light-and-dark-adaptation/; Wade NJ (2008). Visual purple (Sehpurpur). Perception. doi:10.1068/p3711ed
2. Hecht S, Shlaer S, Pirenne MH (1942). Energy, quanta, and vision. Journal of General Physiology. doi:10.1085/jgp.25.6.819
3. Provencio I, Rodriguez IR, Jiang G, et al. (2000). A novel human opsin in the inner retina. Journal of Neuroscience. doi:10.1523/JNEUROSCI.20-02-00600.2000