Redzes adaptīvie mehānismi
Cilvēka redzes sistēmai izdodas sniegt izmantojamu signālu plašā gaismas intensitātes diapazonā. Tomēr dažas acis ir labāk optiski pielāgotas darbam gaišos vai tumšos apstākļos. Piemēram, nakts kožu superpozīcijas acis var būt pat tūkstoš reižu jutīgākas nekā diennakts tauriņu acis. Mugurkaulnieku acīs ir četru veidu mehānismi, kas darbojas, lai nodrošinātu redzi plašā gaismas intensitātes diapazonā. Tie ietver īriem raksturīgos mehānismus, intensitātes diapazona sadalīšanu starp stieņiem un konusiņiem, signāla pārvades procesa pielāgošanu fotoreceptoros un aktīvo fotopigmenta molekulu pieejamības izmaiņas.
Redze un gaismas intensitāte
Visredzamākais gaismas regulēšanas mehānisms ir varavīksnenes. Cilvēkiem varavīksnenes tumsā atveras līdz maksimālajam diametram 8 mm (0,31 collas) un aizveras vismaz līdz 2 mm (0,08 collas). Attēla spilgtums tīklenē mainās ar koeficientu 16. Citiem dzīvniekiem zīlītes ietekme var būt daudz lielāka; piemēram, dažos gekonos spraugas skolēns var aizvērties no vairāku milimetru diametra apļa līdz četriem caurumiem katrā ar diametru 0,1 mm (0,004 collas) vai mazāku. Tīkla tīklenes spilgtuma koeficients ir vismaz tūkstoškārtīgs. Šī lielā diapazona iemesls, iespējams, ir tas, ka gekona nakts acij ir nepieciešama spēcīga aizsardzība no spilgtas dienas gaismas.
Cilvēkiem stieņi ir saistīti ar acs darbības zonas viszemāko daļu, un tiem nav krāsu redzes. Konusi sāk pārņemt apmēram spilgtā mēness gaismas līmenī, un ar visu dienasgaismas intensitāti konusi vien nodrošina vizuālu signālu. Stieņi reaģē uz atsevišķiem gaismas fotoniem ar lieliem elektriskiem signāliem, kas nozīmē, ka elektriskās atbildes piesātina pie zemiem rodopsīna molekulu fotonu uztveršanas ātrumiem. Stieņi darbojas diapazonā no redzamības sliekšņa, kad tie saņem apmēram vienu fotonu ik pēc 85 minūtēm, līdz rītausmas un krēslas apstākļiem, kad tie saņem apmēram 100 fotonu sekundē. Lielākajā to diapazonā stieņi signalizē par viena fotona uztveršanu. Konusi ir daudz mazāk jutīgi nekā stieņi; tie joprojām reaģē uz atsevišķiem fotoniem, bet iegūto elektrisko signālu lielumi ir daudz mazāki. Tas konusiem sniedz daudz lielāku darbības diapazonu, sākot no vismaz aptuveni trim fotoniem sekundē līdz vairāk nekā miljonam sekundē, kas ir pietiekami, lai tiktu galā ar visspilgtākajiem apstākļiem, ar kādiem sastopas cilvēki.
Ja konusi tiek parādīti ar īsām mirgošanām, nevis vienmērīgām apgaismojuma izmaiņām, to darbības diapazons no sliekšņa līdz piesātinājumam ir mazs - samazināts līdz koeficientam apmēram 100. Tomēr ilgāks apgaismojums izraisa divu veidu izmaiņas, kas paplašina šo diapazonu. Bioķīmiskā pārveidotāja kaskādei, kas ved uz elektrisko signālu, ir spēja regulēt savu pieaugumu, tādējādi samazinot elektriskā signāla lielumu ar lieliem fotonu uztveršanas ātrumiem. Galvenais mehānisms ir atkarīgs no tā, vai kalcija joniem, kas iekļūst fotoreceptorā kopā ar nātrija joniem, ir inhibējoša ietekme uz cGMP - molekulas, kas uztur nātrija kanālus atvērtus, sintēzi (skat. Iepriekš. Fotoreceptoru uzbūve un funkcijas: neironu transmisija).. Gaismas efekts ir samazināt cGMP līmeni un tādējādi slēgt membrānas kanālus nātrijam un kalcijam. Ja gaisma ir pastāvīga, kalcija līmenis fotoreceptorā pazeminās, kalcija “bremze” cGMP ražošanā vājina, un cGMP līmenis nedaudz palielinās. Palielināta cGMP produkcija atkal atver membrānas kanālus. Tādējādi pastāv atgriezeniskās saites cilpa, kurai ir tendence iebilst pret gaismas tiešo iedarbību, nodrošinot, ka nenotiek piesātinājums (pilnīga visu membrānas kanālu slēgšana). Tas, savukārt, paplašina fotoreceptora darba diapazona augšējo galu.
Lēnais funkcionālā vizuālā pigmenta molekulu aprites ātrums arī palīdz paplašināt acs spēju reaģēt uz augstu gaismas līmeni. Mugurkaulniekiem visu trans-tīklenes, kas rodas, kad fotons izomerizē rodopsīna molekulas 11-cis tīkleni, noņem no stieņa vai konusa. Tas nokļūst blakus esošajā pigmenta epitēlijā, kur tas tiek reģenerēts atpakaļ uz aktīvo 11-cis formu un nodots atpakaļ fotoreceptoriem. Vidēji šis process ilgst divas minūtes. Jo augstāks ir gaismas līmenis, jo lielāks tīklenes molekulu skaits neaktīvā trans-stāvoklī. Tāpēc, lai reaģētu uz gaismu, ir pieejams mazāk rodopsīna molekulu. Intensitātes sadalījuma augšdaļā fotorecepcija kļūst pašierobežojoša, konusi nekad nefiksē vairāk par vienu miljonu fotonu sekundē.
