Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

– Bardzo łatwo jest zapomnieć o tym, że to, co widzimy to zaledwie niewielka część świata – pisze Nathaniel Scharping dla „Discovery Magazine”. – I nie chodzi o to, co jest bardzo małe albo bardzo odległe. Zupełnie dosłownie, duża część rzeczywistości jest dla nas niewidzialna.

Najlepiej dowodzi tego tęcza, którą widzimy na środku nieba, a która jest tylko niewielkim wycinkiem spektrum fal elektromagnetycznych, przebiegających od promieni gamma i ultrafioletu do podczerwieni a dalej do fal radiowych. Ten wycinek nazywamy światłem widzialnym. A skoro tak, to znaczy, że wszystko poza nim jest dla naszego oka niedostępne. Światło podczerwone, dla przykładu, jest wszędzie dookoła nas – emitują je przedmioty i żywe istoty, które wytwarzają ciepło. Nasze oko nie jest jednak nastrojone na jego odbiór.

Siatkówka ludzkiego oka reaguje tylko na pewien określony zakres fal i podobnie jest u wszystkich pozostałych zwierząt. Większość ssaków widzi podobnie do nas, niektóre w szerszym, niektóre w węższym zakresie. Wiele ptaków poza naszym światłem widzi w spektrum ultrafioletu, a węże słabo widzą nasze kolory, za to bardzo dobrze dostrzegają podczerwień. Oko każdego zwierzęcia jest specyficznie skonstruowane, tak, żeby realizowało jego biologiczne, ewolucyjnie potwierdzone potrzeby. I wydawałoby się, że nie może w żaden sposób przekroczyć swoich możliwości.

A jednak – kilka dni temu w czasopiśmie „Cell” opublikowano artykuł, w którym chińscy i amerykańscy naukowcy opisują, jak jednorazowe wstrzyknięcie nanoczątek do oczu myszy sprawiło, że przez 10 tygodni widziały światło podczerwone, bardzo wyraźnie nawet w ciągu dnia, tak samo dobrze jak światło ich zwykłego widzialnego zakresu.

– Kiedy światło wpada do oka i napotyka siatkówkę, a w niej fotoreceptory zwane pręcikami i czopkami, absorbuje fotony o odpowiedniej częstotliwości fal, a następnie wysyła sygnały do mózgu – wyjaśnia Gang Han z University of Massachusetts Medical School, współautor publikacji. – Fale podczerwone są zbyt długie, aby nasze fotoreceptory mogły je zauważyć.

Nanoczątki, które zastosowano w opisanym badaniu, pełniły rolę przetworników podczerwieni. Kiedy światło o długości około 980 μm (mikrometrów) docierało do siatkówki, nanocząstki przechwytywały je i emitowały widzialne fale o długości 535 μm, widzialnej dla oka myszy. Naukowcy przeprowadzili szereg dowodów pokazujących, że myszy, których siatkówka została w ten sposób wzbogacona, faktycznie widzą podczerwone światło, nawet za dnia.

U niektórych myszy pojawiły się efekty uboczne w postaci zaćmy lub zmętnionej rogówki. Efekty ustąpiły po tygodniu. Badacze uważają, że przyczyną tego zmętnienia był sam proces wstrzyknięcia nanoczątek. Dodatkowe badania pokazały, że nie było przypadku trwałego uszkodzenia rogówki.

Czy ta sama technologia może działać także w przypadku człowieka? Zdaniem Tian Xue z University of Science and Technology of China, współautora badań, jest to zupełnie możliwe i nie tylko po to, aby wyposażyć człowieka w super wzrok. Chiński badacz uważa, że odkrycie może mieć także terapeutyczne zastosowanie u ludzi z defektami widzenia koloru czerwonego. Potencjalną przewagą tej technologii nad obecnie stosowanymi jest jej działanie także w pełnym dziennym świetle.

Wynalazki, które w perspektywie pokazują potencjalne rozszerzenie możliwości ludzkiego ciała budzą w jednych budzą entuzjazm, w innych wątpliwości. O opinię w tej sprawie zapytaliśmy prof. dr hab. Marię Augustyniak, ekotoksykologa i eksperta w dziedzinie nanomateriałów z Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Śląskiego.

– Ewolucja, dobór naturalny, wyposażyły wszystkie organizmy w zestaw receptorów o optymalnym (dla danego gatunku) zakresie działania. Czy zatem modyfikacja tego zakresu może się nam na coś przydać, oczywiście poza nie budzącymi większych wątpliwości zastosowaniami medycznymi, gdy w grę wchodzi poprawa komfortu życia osób niedowidzących?

Poszerzenie spektrum rejestrowanych przez oko ludzkie fal elektromagnetycznych może pobudzać wyobraźnię wielu, których ambicją jest posiadanie ponadprzeciętnych zdolności. Wyobrażenie Supermana, który zgrabnie porusza się w ciemności, omijając wszystkie przedmioty emitujące ciepło, nie będzie już budziło uśmiechu sceptyków. Także znawca dzieł sztuki będzie mógł „rzucić okiem” na obraz by po chwili wystawić opinię – falsyfikat! Inżynier budowlaniec szybko zidentyfikuje mostki termiczne na ścianach budowli i wszelkie niedociągnięcia ekipy budowlanej. Będzie trudno oszukać klienta, bo ten także może mieć „superoko”! „Superoko” będzie mogło zobaczyć przesyłane dane pomiędzy telefonami komórkowymi i działające na podczerwień piloty… Zapewne artyści, kreatorzy mody, producenci filmowi, ale także producenci żywności i zabawek będą chętni aby skorzystać z nowego wynalazku.

W tym miejscu musimy jednak zadać istotne pytanie: czy nanoczastki, a więc struktury materii nieprzekraczające rozmiaru 100 nm, są bezpieczne dla człowieka i środowiska? Otóż, tego jeszcze do końca nie wiemy. Powszechny entuzjazm względem nanotechnologii jest obecnie coraz częściej poskramiany przez nanotoksykologów i naukowców badających skutki, w tym odległe, ekspozycji na te struktury.

Bez wątpienia, wszędzie tam, gdzie w grę wchodzi medyczne zastosowanie, uwzględniające minimalizację dawek i czasu ekspozycji, użycie nanocząstek ma uzasadnienie. Iniekcje nanocząstek do chorego oka w celu jego leczenia, choć teraz jeszcze mogą budzić poważne wątpliwości, a nawet przerażenie – będą faktem w przyszłości. W pozostałych przypadkach… może jednak zostańmy przy wykorzystaniu noktowizorów?

Źródło badań: Yuqian Ma, Jin Bao i in.: Mammalian Near-Infrared Image Vision through Injectable and Self-Powered Retinal Nanoantennae. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.01.038

Opracowano na podstawie artykułu Nanotechnology makes it possible for mice to see in infrared opublikowanego na portalu Phys.org i artykułu Nathaniel Scharping: Scientists Injected Nanoparticles Into Mice’s Eyes to Give Them Infrared Vision opublikowango na blogu czasopisma Discovery Magazine.