Тайна строения сетчатки

Особое строение человеческого глаза обеспечивает четкость зрения в дневное время и хорошую световую чувствительность в условиях недостаточной освещенности. Еще недавно ученые не могли распознать, зачем в сетчатке человека чувствительные слои оболочки инвертированы. Загадкой было и то, по какой причине свет сначала проходит эти слои перед попаданием непосредственно на фоторецепторный слой. При этом известно было, что при обратном варианте, который присущ большинству позвоночных, эволюционная выживаемость является довольно приемлемой. 

Некоторые ученые даже говорили, что такое не совсем рациональное творение природы является неким промахом в эволюции. Однако, одно из исследований, которое было начато в 2007 году, е так давно представлено на Американском Физическом Обществе. В этой работе проливается свет на проблему строения сетчатки человека. Ученым удалось установить особое свойство глиальных Мюллеровских клеток, которые по своему расположению являются более плотными и имеют более высокий коэффициент преломления световых волн. В результате таких свойств, клетки Мюллера способны направить свет подобно тому, как это происходит в оптоволоконном кабеле.

Учеными из Лейпцига удалось построить математическую модель, при помощи которой они показали каким образом оптические свойства этих глиальных клеток приводят к повышению четкости зрения. Также они установили, что важные цвета в условиях нормального освещения (зеленый и красный) значительно лучше проникают вглубь вдоль этих глиальных клеток. При помощи этого факта можно объяснить низкую плотность синих фоторецепторов в центральной зоне сетчатки.

Чтобы подтвердить эту теорию, ученые провели эксперимент на морских свинках. Сквозь сетчатую оболочку животных пропускали свет с 27 длинами волн (только видимый диапазон). Одновременно производили сканирование в трех измерениях при помощи микроскопа. Чаще структуры подобного размера приводят к рассеиванию световых волн, однако при попадании в направляющие образования, волна приобретала направленное движение, которое можно сравнить со звуковыми волнами в трубе. После того, как ученые соединили все оны и слои, им удалось построить колоны, которые направлялись от фоторецепторов к слою нервных волокон. В этих образованиях происходила концентрация света, за счет чего интенсивность превышала фоновые значения в десятки раз.

Еще одно интересное наблюдение заключалось в том, что в колонне концентрировались лучи с длиной волны, которая соответствовала нижерасположенной колбочке. Известно, что колбочки обладают меньшей чувствительностью к свету, чем палочки. В результате они могут работать даже в условиях низкой освещенности. На этом фоне спектр волн с короткой длиной лучше рассеивался между слоями.

Результаты этой работы демонстрируют, что плотность и размеры глиальных клеток имеют не случайный характер. Они оптимизированы для того, чтобы обеспечить высокое качество зрения за счет направленного светового потока. В результате резкость изображения повышается, а глаз становится менее чувствительным к хроматическим аберрациям за счет низких перекрестных помех.