Как увидеть красный цвет более красным

«Я краснее, чем красный цвет», пел когда-то Боб Марли, но он, возможно, и представить не мог, что химики смогут «увидеть» такой тон. Для этого пришлось немного подстроить цветочувствительный пигмент человеческого глаза, чтобы научить его адсорбировать волны из дальнего красного диапазона.

Цветное зрение практически всех животных обеспечивается специализированными химическими веществами — хромофорами, которые, уютно расположившись внутри белковых молекул, адсорбируют свет видимого диапазона. Считается, что структура протеиновой молекулы-«гнезда» в значительной степени определяет абсорбционный спектр сидящего внутри хромофора, а её строение может сильно варьироваться от вида к виду, что, по-видимому, влечёт за собой различные особенности восприятия цветов.

Основной зрительный пигмент сетчатки человеческого глаза зовётся родопсином. Он состоит из белка опсина и хромофора ретиналя. Этот комплекс транслирует поглощённый свет в сигнал, который интерпретируется головным мозгом. Сам хромофор проявляет чувствительность к диапазону длин волн от 560 нм (красный) до 420 нм (синий). Максимум же поглощения зрительного пигмента приходится на 500 нм (зелёный).

Справа — структура созданного искусственного цветочувствительного пигмента, позволяющего увидеть красный более красным (иллюстрация Science / goZooma / plainpicture).

Для того чтобы лучше понять химию «цветного зрения», сотрудники Мичиганского университета (США) провели серию мутаций, меняющих структуру опсина. Оказалось, что такие мутации вызывают изменения не только в структуре, но и в электростатических свойствах зрительного протеина, что, в свою очередь, немедленно сказывается на ширине абсорбционного спектра заключённого в белок ретиналя.

В результате бурной исследовательской деятельности учёные создали 11 искусственных вариаций структуры природного опсина и, обратившись к спектрофотометрии, определили ширину поглощаемого диапазона волн для каждого из образцов полученных родопсинов. Оказалось, что хромофор внутри одного из 11 мутантных опсинов стал способен абсорбировать красный свет с длинами волн вплоть до 644 нм, что совсем близко к инфракрасному диапазону, начинающемуся с 750 нм.

Таким образом, спектрометр даёт понять, что при случайной мутации обычный человек вполне может приобрести чувствительность к более широкому диапазону волн. Но что на это скажет головной мозг? Вполне возможно, «его величество» попросту проигнорирует необычную способность, и никто никогда не узнает о её существовании. Тем не менее учёным удалось доказать давнюю гипотезу о прямом влиянии структуры опсина на чувствительность заключённого в него хромофора.

Отчёт о работе опубликован в журнале Science.

Подготовлено по материалам Nature News.