Ihmettelen ihmiselimistön ihmeellisyyksiä – ihme nro 4 – näkökyky

Suomalainen ei usko ennenkuin näkee. Näkökyky on yksi kiehtovimpia asioita ihmiselimistössämme. Näkemisen biokemia ei ehkä ole ihan sitä mitä olit kuvitellut. Kuvittele vähemmän ja nauti turpaduunarin näennäisesti mukavista selityksistä.

.

.

.

Me näemme informaatiota fotonien muodossa, ei niinkään kuvia (tms.) sellaisenaan. Näkeminen alkaa sillä, että erityiset fotonit osuvat silmän verkkokalvolle tietyllä energialla.

Fotonin eli valokvantin löysi aikoinaan professori Albert Einstein. Hän huomasi atomin energiatilan muutoksissa, että elektronit saattoivat napata itseensä energiaa muista kemiallisista yhdisteistä. Huipulla kuitenkin tuulee aina, eli noustessaan korkeammalle energiatasolle, elektronin energia tipahti äkkiä alemmalle tasolle ja silloin saattoi vapautuva energia emittoitua fotonina.

Suurimmasta osasta esineitä, kuvista ja ylipäätänsä kaikesta katselemisen arvoisesta ympärillämme irtoaa fotoneja, joita silmämme valoreseptorit ottavat talteen ja muodostavat siitä kuvan aivoissamme. Valon energia voidaan silmässä näppärästi kääntää aaltopituuksiksi, joita aivomme kykenevät koodaamaan väreiksi.

Värejä ei oikeastaan ole olemassakaan! Ne ovat aivotyöskentelyn tulosta. Valon joka liikkuu aaltopituudella 700 nanometriä useimmat ihmisistä (paitsi värisokeat) osaavat tulkita punaiseksi ja sinistä valoa nähdään aaltopituudella 500 nanometriä.

Tiedemiesten suunnittelemat ja toteuttamat kokeet ovat joskus aivan fantastisen kiehtovia. Vuonna 1979 neurobiologian emeritusprofessori Denis Baylor Stanfordin yliopistosta kehitti King-Wai Yau ja Trevor Lamb -nimisten kollegoiden kanssa koesarjan, jossa noukittiin esille yksi (1) yksittäinen fotoreseptori (tässä tapauksessa ns. sauvasolu). Tälle sauvasolulle annettiin erittäin heikko valoimpulssi. Ehkä niinkin heikko impulssi, että vain yksi fotoni kerrallaan lähestyi fotoreseptoria. Tästä huolimatta, se riitti fotoreseptorille, sillä sauvat ovat erittäin herkkiä. Tosin ne eivät kykene näkemään värejä. Ne näkevät vain valoa. Silloin kun valoa on niinkin vähän liikkeellä kuin Baylorin kokeessa ei silmä voikaan nähdä muuta kuin valoa korkeintaan harmaan eri värisävyissä. Kaikki on harmaata heikossa valossa. Se tuli todistettua.

Osana ihmisen selviytymistarinaa kaikkien vaarojen keskellä on juuri tämä ilmiömäinen kyky nähdä heikossakin valossa jotakin. Jotain liikahti viidakon pimeydessä! Se oli signaali esi-isällemme, että hänen on syytä olla varuillaan, vaara vaanii puskassa.

Baylor työryhminen osoitti, että valon näkeminen on lapsellisen yksinkertaista biokemiaa: 11-cis-retinaali -niminen mutkalle mennyt molekyyli yhdistetään proteiiniin nimeltään opsiini. Tälle annetaan usein nimeksi rodopsiini. Kun tämä retinaali ottaa vastaan fotonin, se oikenee oitis ja muuttuu all-trans-retinaaliksi. Samalla tila käy ahtaaksi opsiinimolekyylin sisällä ja se paukahtaakin rikki singauttaen samalla hermosignaalin aivojen visuaalisen osa-alueen suuntaan. Näkeminen suoranaisesti siis kuluttaa ja rikkoo retinaalia ja opsiinia. Retinaalia saadaan A-vitamiinista (oikeastaan beeta-karoteenista).

Tässä löytyy siis aika luonnollinen selitys sille miksi meidän kannattaa popsia porkkanoita, muita vihanneksia ja nauttia voita. Sillä jos ei voita, silloin häviää kyky nähdä hyvin pimeässä. On olemassa joitakin yöeläimiä, joilla on erityisen ovelasti kehittynyt verkkokalvo. Kalvolla on heijastava pinta, jonka ansiosta silmään tullut olemattoman heikko valo heijastuu uudelleen sauvasoluihin tehostaen näin valon määrää. Yöeläin pystyy näin näkemään paremmin hämärässä. Tämä kalvo heijastaa sopivassa kulmassa nähtynä valoa takaisin niin, että tällaiset silmät näyttävät loistavan esimerkiksi taskulampun valossa. Tästä tulee nimitys ”kissansilmä”, jota joskus käytetään polkupyörän takaheijastimesta.

Kun valo osuu riittävän moneen sauvasoluun, aivoille on aika helppo työ muodostaa siitä selkeä kuva. Vielä toistaiseksi kuva on mustavalkoinen. Väritelkkaria aivot katsovat vasta jos fotonit osuvat toisentyyppisiin valoreseptoreihin nimeltään tappisolut. Sauvoista poiketen, tapit eivät ole kovinkaan herkkiä aistimaan valolähteitä. Tarvitaan siis runsaasti valoa jos aiomme nähdä värejä.

Silmissämme on noin 120 000 000 sauvasolua, mutta vain 6 000 000 tappisolua. Meillä on kolmenlaisia tappeja ottamaan vastaan spektrin eri värisävyjä mahdollisimman tehokkaasti. On tappeja jotka reagoivat punaiseen väriin ja sitten tappeja joilla tapitetaan vihreää ja sinistä valoa.

Myös tapeissa on retinaalia, mutta opsiini-proteiineja on kolmenlaisia. Tarvitaan useista tapeista koostuvaa informaatiota tätä tehtävää varten erikoistuneille hermosoluille, jotka kykenevät erottelemaan tappien tuottaman informaation ja lähettämään tästä tiedon aivoille.

Verkkokalvon solujen kautta valoinformaatio kulkee hermosolujen kautta erityistä näkörataa pitkin aivoihin. Aluksi signaalit kulkevat näköhermoa pitkin optiseen kiasmaan, josta jatkaa ns. näköjuoste kohti ulompaa polvitumaketta. Optisessa kiasmassa näköinformaatio menee ristikkäin siten, että vasemmasta silmästä peräisin oleva informaatio kulkeutuu oikeaan aivonpuoliskoon, ja päinvastoin. Myös oikean silmän vasen näkökenttä (nenälinjasta vasempaan) kulkeutuu oikeaan aivopuoliskoon ja vasemman silmän oikea näkökenttä (nenälinjasta oikeaan) kulkeutuu vasempaan aivopuoliskoon.

Tunnet ehkä jonkun, jolla on värisokeus. Tämä ihminen on muutoin todennäköisesti ihan tolkullisessa kunnossa, mutta hänellä on heikentynyt kyky erotella vihreän ja punaisen värisävyjä. Värisokea näkee toki värejä, mutta jos hän on puna-vihreä-sokea, nämä mainitut värit liukuvat toisiinsa. Tutkimusten mukaan useimmat värisokeat kuitenkin pystyvät erottelemaan punaisen ja sinisen värin toisistaan ja sanomaan esimerkiksi, että tuo punainen väri näyttää lämpimämmältä kuin tuo sininen. Vain täysin värisokeat ihmiset, eli ne ihmiset, joilla tappien toiminta on kokonaan jäänyt (synnynnäisesti) kehittymättä, ovat aidosti värisokeita.

Ihminen on erityisasemassa (yhdessä apinoiden kanssa) sen suhteen, että me voimme nähdä kaikkia eri vihreän, punaisen ja sinisen värisävyjä. Tämä on kehitysbiologian kannalta selitys sille miten ihminen kykenee näkemään pieniä punaisia marjoja keskellä vihreää lehtikasvua.

Alkoholia ja tupakkaa kannattaa varoa, sillä tutkimusten mukaan nämä yhdistetään heikentyneeseen näkökykyyn. Alkoholi on hermomyrkky, joten suuret annokset voivat vahingoittaa silmänpohjaa. Tupakointi on tunnetusti haitallista silmien terveydelle ja on riskitekijä monissa näkökykyä haittaavissa silmäsairauksissa, kuten esimerkiksi kaihissa, silmänpohjan rappeumassa ja kuivasilmäisyydessä.