Na rysunku 1 zestawiono widma absorpcji światła 4 rodzajów barwników wzrokowych (3-czopkowych i pręcikowego).



Rys. 1. Widma absorpcji barwników wzrokowych. Rodopsyna (purpura wzrokowa) występuje wyłącznie w pręcikach. Pozostałe barwniki zawarte są w czopkach (jodopsyny)

Tylko czopki niebieskie są wrażliwe na światło do 500 nm, powyżej tej długości w przeciwieństwie do dwóch pozostałych rodzajów czopków wzrokowych są niewrażliwe na światło.

Jak wpisano w tytuł, za Isaakiem Newtonem, wszystkie barwy świata to mieszanie się świateł monochromatycznych: niebieskiego, zielonego i czerwonego. Mechanizm kodowania kolorów przez komórki czopkonośne jest bardzo skomplikowany, dla porządku podajmy, że zapewne wymaga to udziału innych komórek nerwowych występujących w siatkówce. Schemat budowy siatkówki przedstawia rys. 2.




Rys. 2. Schemat budowy mikroskopowej siatkówki. Na rysunku zaznaczono komórki horyzontalne - ważne przy kodowaniu kolorów większej powierzchni siatkówki. Komórki amakrynowe odpowiadać mają za widzenie światła o niewielkim natężeniu (świt i zmrok).




Rys. 3. Widma absorpcji kryptochromu 2 (CRY 2) człowieka

W doborze pracowników do pewnych zawodów zwraca się uwagę na prawidłowe rozpoznawanie kolorów. Wada wzroku popularnie nazywana daltonizmem ma oznaczać nierozpoznawanie kolorów - zwłaszcza czerwonego i zielonego. W lekarskich przepisach orzeczniczych, takich zawodów jak piloci samolotów, maszyniści pojazdów trakcyjnych, nierozróżnianie kolorów jest wadą dyskwalifikującą do zawodu. Osoby prawidłowo widzące barwy to trójchromatycy, dysponujący 3 rodzajami barwników wzrokowych. Zależnie od defektu genetycznego mogą występować różne postaci „daltonizmu”. Najrzadszą postacią tej wady wzroku jest nierozróżnianie barwy niebieskiej.

Droga wzrokowa, przekazująca odbiór zewnętrznego świata, wrażenia wizualne, kończy się w płacie potylicznym kory mózgowej.

Poza odbiorem wrażeń wzrokowych, światło jest niezwykle ważnym regulatorem procesów fizjologicznych i behawioralnych u ssaków. Natężenie światła naturalnego jest sygnałem informującym o porze doby, światło wpływa na przebieg okołodobowych rytmów biologicznych.

W latach czterdziestych niemiecki fizjolog - okulista Hollwich - wykazał istnienie bezpośrednich połączeń nerwowych siatkówki z ośrodkowym układem nerwowym, dokładnie z jądrami nerwowymi podwzgórza. Nazwał je szlakiem siatkówkowo-podwzgórzowym - częścią energetyczną drogi wzrokowej.

Od dawna zastanawiano się, jak wygląda regulacja rytmów okołodobowych u osób pozbawionych wzroku. Osoby te, mimo że nawet nie miały poczucia światła, potrafiły przystosowywać się do utrzymywania rytmu życia zgodnego z rytmem dzień - noc. W eksperymentach wykluczano udział synchronizatora socjalnego (pory posiłków, aktywność w ciągu dnia, życie rodzinne itp.). To przystosowanie było niemożliwe u osób, u których powodem kalectwa było przerwanie nerwów wzrokowych lub brak gałek ocznych.

Postępem w badaniach nad rolą światła u niewidomych były badania doświadczalne prowadzone na myszach mutantach - genetycznie pozbawionych pręcików i zielonych czopków. U myszy tych, mimo że zwierzęta praktycznie były niewidome, światło wywierało wpływ synchronizujący na rytmikę dobową (żerowanie nocą, sen w porze dnia). Kolejne doświadczenia nad zwierzętami, całkowicie pozbawionymi barwników wzrokowych w siatkówce oka (pręcikowych i czopkowych), wskazywały na przekazywanie informacji o zmianach faz oświetlenia. Zwierzęta nadal wykazywały rytmikę dobową czynności życiowych, którą znosiło dopiero usunięcie operacyjne gałek ocznych. W licznych kolejnych badaniach doświadczalnych wykazano, że czopki i/lub pręciki nie są niezbędne do synchronizacji rytmów okołodobowych.

Powstało więc otwarte pytanie-jakie struktury morfologiczne lub związki chemiczne znajdujące się w siatkówce, mogą pełnić rolę receptora światła niezwiązanego z widzeniem a związanego z regulacją rytmów okołodobowych?

Możliwe do rozpatrzenia są dwie sytuacje:

• w siatkówce oka znajdują się inne, niezidentyfikowane poprzednio fotopigmenty z grupy opsyn,


• fotoreceptory wykorzystujące jeszcze nieznane procesy fotorecepcyjne.

Z początkiem lat 90. wykryto barwniki absorbujące światło w roślinach, nazwano je kryptochromami. Szczegółowo opisano geny i generowane przez nie białka absorbujące światło niebieskie i wyróżniono kryptochromy l i 2 (CRY l i CRY2). Pełnym zaskoczeniem było odkrycie identycznego barwnika absorbującego światło niebieskie u ssaków (myszy). Ekspresję CRY l i CRY2 wykazano w siatkówce, dokładnie w komórkach zwojowych, z których część wyprowadza swoje włókna osiowe do drogi siatkówkowo-podwzgórzowej, a stąd do podwzgórza. Obecność CRY l i CRY2 wykazano także w płucach, sercu, wątrobie, mięśniach, nerkach, jądrach i mózgu. Jeżeli założyć, że CRY l i CRY2 obecne w podwzgórzu odpowiadają za synchronizację całego układu okołodobowego, to ich rola w pozostałych narządach nie jest ostatecznie jasna, choć może również być związana z synchronizacją rytmiki tych narządów.

Reasumując, rola nowo odkrytych receptorów światła niebieskiego może sprowadzać się do następujących faktów:

• kryptochromy pełnią dodatkową rolę wprowadzania informacji o świetle, w zakresie niebieskiej części widma światła, do układu kontroli rytmów okołodobowych;


• pierwotną rolę w detekcji światła pełnią fotopigmenty czopków i pręcików, dopiero w razie braku tych fotoreceptorów wtórna rola przypadałaby kryptochromom.

Sprawa jest niezwykle ważna z punktu widzenia niepełnosprawności percepcji wzrokowej u osób niewidzących lub slabowidzących. Naturalna ekspozycja na światło może być dla nich istotnym czynnikiem synchronizacji społecznej. W naturalnej lub sztucznej ekspozycji na światło ważny staje się udział niebieskiej komponenty widma światła.

U pracowników zmianowych, u osób zmieniających nagle strefy czasu (podróżujących samolotami) powstają nowe możliwości synchronizacji rytmów okołodobowych do nowych warunków środowiskowych.