फोटोग्राफ़ी जीव विज्ञान

दृष्टि के अनुकूल तंत्र

मानव दृश्य प्रणाली प्रकाश की तीव्रता की एक विस्तृत श्रृंखला पर एक उपयोगी संकेत प्रदान करने का प्रबंधन करती है। हालांकि, कुछ आंखें प्रकाश या अंधेरे स्थितियों से निपटने के लिए वैकल्पिक रूप से बेहतर रूप से अनुकूलित होती हैं। उदाहरण के लिए, निशाचर पतंगों की सुपरपोजिट आंखें, दार्शनिक तितलियों की अपोजिट आंखों की तुलना में हजार गुना अधिक संवेदनशील हो सकती हैं। कशेरुक आँखों के भीतर, प्रकाश तीव्रता की एक विस्तृत श्रृंखला में दृष्टि की अनुमति देने के लिए चार प्रकार के तंत्र हैं। इनमें परितारिका के लिए विशिष्ट तंत्र शामिल हैं, छड़ और शंकु के बीच तीव्रता सीमा का विभाजन, फोटोरिसेप्टर में सिग्नल ट्रांसडक्शन प्रक्रिया में समायोजन, और सक्रिय फोटोपिगमेंट अणुओं की उपलब्धता में भिन्नता।

दृष्टि और प्रकाश की तीव्रता

प्रकाश विनियमन में शामिल सबसे स्पष्ट तंत्र परितारिका है। मनुष्यों में परितारिका अंधेरे में अधिकतम 8 मिमी (0.31 इंच) के व्यास में खुलती है और न्यूनतम 2 मिमी (0.08 इंच) तक बंद हो जाती है। 16 के एक कारक द्वारा रेटिना में छवि की चमक बदल जाती है। अन्य जानवरों में पुतली का प्रभाव बहुत अधिक हो सकता है; उदाहरण के लिए, कुछ गिकोस में स्लिट पुतली 0.1 मिलीमीटर (0.004 इंच) या उससे कम व्यास के साथ चार मिलीमीटर तक नीचे व्यास में कई मिलीमीटर के चक्र से बंद हो सकती है। रेटिना की चमक का अनुपात कम से कम एक हजार गुना है। इस महान रेंज का कारण शायद यह है कि जियो की निशाचर आंख को उज्ज्वल दिन के उजाले से मजबूत सुरक्षा की आवश्यकता होती है।

मनुष्यों में छड़ें आंखों की कार्य सीमा के सबसे कम भाग से संबंधित होती हैं और इनमें कोई रंग दृष्टि नहीं होती है। शंकु उज्ज्वल चांदनी के स्तर के बारे में संभालने लगते हैं, और सभी दिन के उजाले तीव्रता से शंकु अकेले दृश्य संकेत प्रदान करते हैं। रोड्स बड़े विद्युत संकेतों के साथ प्रकाश के एकल फोटॉन का जवाब देते हैं, जिसका अर्थ है कि रोडोडिन अणुओं द्वारा फोटॉन कैप्चर की कम दरों पर विद्युत प्रतिक्रियाएं संतृप्त होती हैं। जब वे लगभग 85 फोटॉन प्रति सेकंड प्राप्त करते हैं, तो रॉड्स दृष्टि की दहलीज से लेकर रेंज तक काम करते हैं, जब वे हर 85 मिनट में लगभग एक फोटॉन प्राप्त कर रहे होते हैं। उनकी अधिकांश रेंज के लिए छड़ें सिंगल फोटॉन कैप्चर का संकेत दे रही हैं। शंकु छड़ की तुलना में बहुत कम संवेदनशील हैं; वे अभी भी एकल फोटॉनों का जवाब देते हैं, लेकिन परिणामी विद्युत संकेतों के आकार बहुत छोटे होते हैं। यह शंकु को एक बड़ी कार्य सीमा प्रदान करता है, जिसमें न्यूनतम तीन फोटॉन प्रति सेकंड से लेकर एक मिलियन प्रति सेकंड से अधिक होता है, जो मानवों के सबसे चमकदार परिस्थितियों से निपटने के लिए पर्याप्त है।

यदि शंकु को संक्षिप्त रोशनी के साथ प्रस्तुत किया जाता है, तो स्थिर रोशनी में बदलाव के बजाय, उनकी कार्य सीमा थ्रेशोल्ड से संतृप्ति तक कम होती है - लगभग 100 के एक कारक तक कम हो जाती है। हालांकि, अब रोशनी दो प्रकार के परिवर्तन का संकेत देती है जो इस सीमा का विस्तार करते हैं। विद्युत संकेत की ओर ले जाने वाले जैव रासायनिक ट्रांसड्यूसर कैस्केड में अपने स्वयं के लाभ को विनियमित करने की क्षमता होती है, जिससे उच्च फोटॉन कैप्चर दरों पर विद्युत संकेत का आकार कम हो जाता है। मुख्य तंत्र इस तथ्य पर निर्भर करता है कि सोडियम आयन, जो सोडियम आयनों के साथ फोटोरिसेप्टर में प्रवेश करते हैं, cGMP के संश्लेषण पर एक निरोधात्मक प्रभाव डालते हैं, अणु जो सोडियम चैनलों को खुला रखता है (संरचना और फोटोरिसेप्टर्स के कार्य के ऊपर देखें: तंत्रिका संचरण) । प्रकाश का प्रभाव cGMP के स्तर को कम करना है और इस प्रकार झिल्ली चैनलों को सोडियम और कैल्शियम के करीब करना है। यदि प्रकाश निरंतर है, तो फोटोरिसेप्टर में कैल्शियम का स्तर गिरता है, cGMP उत्पादन पर कैल्शियम "ब्रेक" कमजोर होता है, और cGMP का स्तर कुछ हद तक बढ़ जाता है। CGMP के उत्पादन में वृद्धि से झिल्ली चैनल फिर से खुल जाते हैं। इस प्रकार, एक प्रतिक्रिया लूप है जो प्रकाश के प्रत्यक्ष प्रभाव का विरोध करता है, यह सुनिश्चित करता है कि संतृप्ति (सभी झिल्ली चैनलों का पूरा बंद होना) नहीं होता है। यह बदले में फोटोरिसेप्टर की कार्य सीमा के ऊपरी सिरे को फैलाता है।

कार्यात्मक दृश्य वर्णक अणुओं के कारोबार की धीमी गति भी उच्च प्रकाश स्तर पर प्रतिक्रिया करने के लिए आंख की क्षमता का विस्तार करने में मदद करती है। ऑल-ट्रांस रेटिनल को कशेरुक में, जब एक फोटॉन एक रोडोप्सिन अणु के 11-सीआईएस रेटिना को आइसोमराइज करता है, को रॉड या शंकु से हटा दिया जाता है। यह आसन्न वर्णक उपकला में गुजरता है, जहां इसे सक्रिय 11-सीआईएस फॉर्म में वापस लाया जाता है और फोटोरिसेप्टर में वापस पारित किया जाता है। औसतन, इस प्रक्रिया में दो मिनट लगते हैं। उच्च प्रकाश स्तर, निष्क्रिय ऑल-ट्रांस राज्य में रेटिना के अणुओं की संख्या अधिक होती है। इसलिए, प्रकाश का जवाब देने के लिए बहुत कम रोडोप्सिन अणु उपलब्ध हैं। तीव्रता वितरण के शीर्ष छोर पर, फोटोरिसेप्शन आत्म-सीमित हो जाता है, शंकु कभी भी प्रति सेकंड एक मिलियन से अधिक फोटॉन को नहीं पकड़ता है।