2014-12-03

Subject: Fotões duplicados tornam o invisível visível

Fotões duplicados tornam o invisível visível

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@ Nature/PASIEKA/Science Photo Library

Apesar de não termos visão de raio X como o Super-homem, temos o que pode muito bem parecer outro super-poder: somos capazes de ver a luz infravermelha, algo que está para além do que vulgarmente se chama o espectro visível. 

Uma série de experiências vêm agora sugerir que este efeito intrigante e pouco conhecido pode ocorrer quando pares de fotões infravermelhos atingem simultaneamente a mesma proteína pigmentar no olho, fornecendo-lhe energia suficiente para desencadear as alterações químicas que nos permitem ver a luz.

A sabedoria recebida, e a química conhecida da visão, diz que os olhos humanos podem ver luz de comprimentos de onda entre os 400 (azul) e os 720 (vermelho) nanómetros. Apesar deste intervalo continuar a ser oficialmente conhecido como 'espectro visível', a chegada dos lasers com comprimentos de onda infravermelhos muito específicos originou relatos de pessoas que viam luz laser com comprimentos de onda acima dos 1000 nm como branco, verde e outras cores.

Krzysztof Palczewski, farmacologista na Universidade da Reserva Case Western em Cleveland, Ohio, diz que viu luz com 1050 nm produzida por um laser de baixa energia. 

Para descobrir se essa capacidade era comum ou algo raro, Palczewski analisou as retinas de 30 voluntários saudáveis com um feixe de luz de baixa energia e alterou o seu comprimento de onda. À medida que o comprimento de onda aumentava e chegava ao infravermelho (IV), os participantes tinham maior dificuldade em detectar a luz mas por volta dos 1000 nm a luz tornava-se mais fácil de ver. Como a espécie é capaz de fazer isto tem sido um enigma para os cientistas desde há anos.

Palczewski quis testar as duas principais hipóteses que tentam explicar a visão infravermelha. A primeira sugere que quando a luz de comprimento de onda mais longo atinge o tecido conectivo com colagénio do olho, uma pequena quantidade da sua energia transforma-se em fotões com metade do comprimento de onda da luz, um fenómeno conhecido por geração harmónica secundária. A retina conseguia então detectar esta luz visível e enganar o cérebro sobre a verdadeira origem da luz.

A outra hipótese é que a visão de infravermelhos é o resultado de um fenómeno conhecido como isomerização de dois fotões. As moléculas dos fotorreceptores do olho absorvem energia de fotões individuais dos comprimentos de onda visíveis tradicionais, o que desencadeia uma alteração conformacional e uma cadeia de acontecimentos que nos permitem ver. Mas se dois fotões com metade da energia, e portanto com o dobro do comprimento de onda, atingem o olho ao mesmo tempo, as suas energias podem somar-se e talvez desencadear a mesma isomerização provocada por um único fotão visível.

Para testar a primeira hipótese, Palczewski removeu colagénio de retinas de rato e mediu a sua resposta à luz de diferentes comprimentos de onda mas as retinas de rato reagiram ao laser de 1000 nm, tal como as humanas com colagénio, sugerindo que esta não seria a resposta.

Mais evidências contra a primeira hipótese surgiram quando os investigadores iluminaram cristais do fotorreceptor rodopsina com luz infravermelha. Sujeitos a luz com 1000 nm, os cristais mudaram de cor de vermelho para amarelo. Se esta hipótese fosse a responsável pela mudança de cor, o espectro de luz emitida pela rodopsina revelaria uma assinatura característica mas tal não aconteceu.

Apesar de os investigadores não terem ainda evidências directas de que as reacções com dois fotões são o motor da visão infravermelha, as simulações por computador da equipa sugerem que deverá ser o caso. Os seus cálculos de química quântica mostraram que a rodopsina consegue absorver dois fotões de baixa energia e passar para o mesmo estado excitado que atinge com um único fotão visível.

Os mesmos cálculos também previram que a dupla absorção deve ser máxima entre 1000 e 1100 nm, algo que as experiências da equipa confirmaram. Os resultados foram publicados na última edição da revista Proceedings of the National Academies of Science.

Qasim Zaidi, neurocientista percentual na Faculdade SUNY de Optometria em Nova Iorque e que publicou um trabalho teórico que prefere a primeira hipótese, está satisfeito por ver a questão trabalhada experimentalmente mas ainda não desistiu da contribuição dela para o fenómeno. 

O químico Massimo Olivucci, da Universidade Estadual Bowling Green no Ohio está impressionado por Palczewski ter partido de experiências com humanos e ter chegado aos cálculos quânticos. “O estudo fornece fortes evidências a favor da absorção de dois fotões."

O próximo passo é procurar explorar este trabalho: “Uma possibilidade seria tentar criar mutantes em laboratório que pudessem responder à luz IV ou mesmo outra de intensidade inferior", diz Olivucci.

 

 

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