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¿Por qué no vemos el infrarrojo?

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¿Por qué no vemos el infrarrojo?

Área: Biología — Miércoles, 15 de Junio de 2011
Los animales habrían evolucionado para evitar pigmentos sensibles a la gama infrarroja del espectro electromagnético en sus sistemas de visión y así tener una mejor relación señal/ruido.
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Imagen de dos retinas diferentes que muestran distintas proporciones de células fotosensible al color. Foto: University Of Rochester.
Los mecanismos implicados en la visión son una maravilla de la Naturaleza y permiten al Universo verse a sí mismo. Los humanos tenemos una magnífica visión en color, otros animales la tienen peor y otros pueden ver unas frecuencias que nosotros no vemos. Algunos incluso tienen sensibilidad a un mayor número de colores que nosotros, ya que tienen un mayor número de pigmentos mayor. Cómo es la visión del mundo para esas criaturas es algo que no podemos ni imaginar. 
Algunos animales pueden ver el ultravioleta, pero ninguno puede ver el infrarrojo. Es verdad que algunas serpientes pueden sentir el infrarrojo, pero no lo detectan con los ojos. De este modo, el espectro “visible” puede extenderse para algunos seres más allá del violeta, pero no por debajo del rojo. Algunos ven el ultravioleta, pero puede que no vean el rojo. ¿Por qué la extensión de la visión puede darse para frecuencias altas, pero no para frecuencias bajas?
Ahora, unos expertos de la Johns Hopkins University School of Medicine han conseguido dar una explicación experimental a esto. Han descubierto que las moléculas de los fotorreceptores pueden ser disparadas por el calor dando lugar a falsas alarmas y de ahí la limitación.
La molécula de la rodopsina está dentro los bastones de nuestra retina y es responsable de la visión a bajos niveles de iluminación en blanco y negro. Al absorber un fotón de luz cambia su forma y esto dispara una señal eléctrica en la célula (el bastón) que al final llega al cerebro. Pero además de ser sensible a los fotones de luz visible (principalmente a los azul-verdosos) puede ser sensible a otros tipos de energía como la energía térmica y se puede producir una falsa señal. Estas señales falsas podrían comprometer nuestra habilidad a la hora de ver objetos en noches oscuras.
Una de las capacidades de nuestra visión (que incluye ojos y cerebro) se puede realizar en un lugar apartado en el que no haya contaminación lumínica una noche sin luna. Incluso en esas condiciones, alumbrados solamente con la luz de las estrellas, somos capaces de ver. Ninguna cámara comercial moderna, sea de película o digital, iguala en sensibilidad a nuestra visión.
King-Wai Yau y sus colaboradores se pusieron a investigar cómo se producen estas falsas señales en los pigmentos fotosensibles.
La energía térmica está por todos lados siempre y cuando estemos por encima del cero absoluto de temperatura. Un objeto físico a temperatura ambiente emite rayos infrarrojos y nuestros cuerpos lo emiten sin duda. La cuestión es cuánta energía térmica puede absorber la rodopsina sin que salte la señal falsa.
Durante 30 años se ha creído que esta energía térmica hace dispararse al pigmento a través de un mecanismo distinto al de la captura de luz, pero el resultado estaba basado sólo en cálculos teóricos. Aunque esto estaba basado solamente en la rodopsina. Hay otros pigmentos en los fotorreceptores de nuestra retina sensibles a otros colores y que nos permiten nuestra rica visión del color. Así, hay otros pigmentos sensibles principalmente al rojo, al azul o al verde en los conos de nuestras retinas. Estos conos responsables de la visión del color funcionan a niveles de iluminación superiores comparados con los bastones.
Pero medir los falsos eventos de estos pigmentos en una célula aislada es muy complicado, ya que la señal eléctrica en un sólo cono es tan débil que prácticamente no es medible. Para poder medir estas falsas señales estos investigadores tuvieron idear otra manera de hacerlo. Se las apañaron para que un bastón usara pigmentos de cono y así poder medir la señal de salida de una célula individual y calcular las falsas alarmas. Las señales de los bastones son más intensas que las producidas por los conos y justo por encima del umbral de lo que es medible en la actualidad.
En el caso del pigmento azul no hizo falta hacer esto porque la Naturaleza ya lo había hecho por los investigadores. En muchos anfibios los bastones de sus retinas contienen el pigmento sensible al azul y fue fácil medir la señal que producían.
Así que se pusieron a medir la señal que estas células y las especialmente diseñadas producían en la oscuridad según se iban calentado desde un estado frío. Encontraron que el pigmento sensible al rojo producía más falsas alarmas que la rodopsina y que el pigmento sensible al azul producía aún menos falsas alarmas. Por tanto, la relación señal/ruido mejoraba conforme aumentaba la sensibilidad a la frecuencia luminosa, siendo peor en el extremo rojo que en el azul. El resultado valida por tanto la hipótesis de Barlow que ya cuenta con 60 años.
Además, entre los resultados obtenido está que el calor hace dispararse a estos pigmentos de la misma manera que lo hace la luz, con el mismo mecanismo. Ambos inducen idénticos cambios en las proteínas en cuestión.
Estas moléculas son lo suficientemente grandes como para contener muchos átomos y enlaces. La cantidad total de energía térmica que uno puede obtener de todos ellos es, en teoría, suficiente para disparar una falsa alarma.
Es concebible que se pudieran crear pigmentos sensibles al infrarrojo, pero la tasa a la que se dispararían espontáneamente sería inasumible. Habría mucho ruido sobre la señal y la visión no sería buena. Por esta razón los animales habrían evolucionado para evitar pigmentos sensibles a la gama infrarroja del espectro electromagnético en sus sistemas de visión. Si además tenemos en cuenta que la evolución trabaja sobre lo que hay y que casi nunca inventa las cosas desde cero, las modificaciones evolutivas de los pigmentos pensados para el espectro visible difícilmente servirían para el infrarrojo debido a las limitaciones que acabamos de “ver”.
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Thalia