Нүдний шөнийн харааны эс гэрлийг хэрхэн мэдэрдэг вэ?: Эрдэмтэд анхны “механик чичиргээг” илрүүллээ
Уншихад зарцуулах хугацаа: 5 минут
Гол санаанууд
- Сингапурын Наньянгийн Технологийн Их Сургууль-аар удирдуулсан баг шөнийн харааг хариуцдаг савханцар эсүүд гэрэл тусах тэр агшинд бичил механик хөдөлгөөн хийдгийг анх удаа баримтжуулсан.
- Энэхүү механик “чичиргээ” нь хэдхэн микросекундэд өрнөж, уламжлалт химийн урвалаас илүү хурдан эхний дохио байж магадгүй.
- Интерферометрийн дүрслэл (interferometric imaging) ашиглан нанометрийн хэмжээний хөдөлгөөнийг илрүүлжээ.
- Ойлголтын өөрчлөлт нь харааны суурь онол, нүдний өвчний эмчилгээ, гэрэл мэдрэгч технологийн хөгжилд нөлөөлөх боломжтой.
Товч танилцуулга
Сингапурын Наньянгийн Технологийн Их Сургуулиар удирдуулсан олон улсын судалгааны баг нүдний шөнийн харааг хариуцдаг эсүүд гэрлийг мэдрэх тэр агшинд үл мэдэг механик хөдөлгөөн хийдгийг анх удаа баримтжууллаа. Энэхүү нээлт нь бидний харааны үйл явцын талаарх олон жилийн ойлголтыг өөрчилж магадгүй юм.
Уг нээлт нь хараа хэрхэн эхэлдэг тухай суурь ойлголтод шинэ өнцөг нэмж, нүдний торлог бүрхэвчийн доройтлоос үүдэлтэй өвчнийг эмчлэх шинэ арга замыг нээх боломжтой юм.
Гол асуудал: Бидний хараа хэрхэн эхэлдэг вэ?
Хүний нүдний торлог бүрхэвчид гэрэл мэдрэх үүрэгтэй хоёр төрлийн эс байдаг. Нэг нь өдрийн цагаар өнгө ялгах үүрэгтэй лонхонцор эс, нөгөө нь бүдэг гэрэлд орчныг харах боломж олгодог савханцар эс юм.
Олон арван жилийн турш эрдэмтэд гэрлийн мэдрэх үйл явцыг цэвэр химийн урвалаар тайлбарлаж ирсэн. Энэ онолоор бол гэрлийн хамгийн жижиг хэсэг болох фотон нь савханцар эсийн доторх гэрэлд мэдрэмтгий молекулд (родопсин) шингээгддэг. Энэ нь эсийн дотор гинжин урвал эхлүүлж, улмаар цахилгаан дохио үүсгэн тархи руу илгээгддэг гэж үздэг байв.
Гэвч энэ үйл явц хэдэн миллисекундын хугацаа шаарддаг. Харин шинэ судалгаагаар гэрэл тусах агшинд үүнээс ч хурдан, механик хөдөлгөөн болдгийг анх удаа илрүүлжээ.
Нээлтийн гол санаа: Эсийн “чичиргээ”
Судлаачид маш нарийн мэдрэгчтэй технологийг ашиглан хүн болон мэрэгч амьтдын амьд савханцар эсүүдийг ажигласан байна. Тэдний ажигласнаар, нэг ширхэг фотон эсэд тусах үед эсийн гадна хэсэг маш хурдтай, үл мэдэг тэлж, хөдөлгөөнд ордог болохыг тогтоожээ.
Энэхүү бичил “чичиргээ” нь хэдхэн микросекундын дотор болж өнгөрдөг бөгөөд энэ нь дараагийн химийн урвалаас хамаагүй хурдан юм.
Судалгааны багийн ахлагч, Наньянгийн Технологийн Их Сургуулийн профессор Нангуан Чен хэлэхдээ, “Бидний нээлт гэрлийн мэдрэх үйл явц нь одоог хүртэл бодож байснаас илүү хурдан бөгөөд нарийн төвөгтэй болохыг харуулж байна. Энэхүү механик чичиргээ нь удаан үргэлжилдэг химийн урвалыг эхлүүлдэг анхны дохио байж магадгүй” гэжээ.
Энэхүү нээлтийг хийхийн тулд судлаачид “интерферометрийн дүрслэл” (interferometric imaging) хэмээх дэвшилтэт технологийг ашигласан. Энэ нь нанометрийн хэмжээтэй буюу хүний үсний ширхэгээс 1000 дахин жижиг хөдөлгөөнийг ч илрүүлэх чадвартай юм.
Энэ нээлт ямар ач холбогдолтой вэ?
1. Онолын суурь ойлголтыг өөрчилнө
Энэхүү нээлт нь харааны үйл явц зөвхөн химийн урвалаас эхэлдэг гэсэн уламжлалт ойлголтыг эвдэж байна. Одоо эрдэмтэд гэрэл мэдрэх үйл явцад физик, механик хөдөлгөөн чухал үүрэг гүйцэтгэдгийг хүлээн зөвшөөрөхөд хүрч байна. Энэ нь ирээдүйн сурах бичиг, судалгааны ажлын чиг хандлагыг өөрчлөх суурь болж өгнө.
2. Нүдний өвчний эмчилгээнд нөлөөлж болзошгүй
Савханцар эсийн үйл ажиллагаа доголдож, улмаар үхжихэд хүргэдэг “пигментэн ретинит” (retinitis pigmentosa) зэрэг удамшлын өвчин нь шөнийн хараа муудах, цаашлаад бүрэн хараагүй болох эрсдэлтэй.
Калифорнийн Их Сургуулийн профессор, судалгааны хамтран зохиогч Кшиштоф Палчевски хэлэхдээ, “Эсийн энэхүү механик хөдөлгөөнийг ойлгосноор бид эдгээр эсүүд яагаад үхждэгийг илүү сайн тайлбарлаж, улмаар тэдгээрийг нөхөн сэргээх, хамгаалах шинэ эмчилгээний аргыг боловсруулах боломжтой болно” гэж онцолжээ.
3. Шинэ технологийн хөгжилд түлхэц өгнө
Байгаль дээрх гэрэл мэдрэх хамгийн төгс систем бол хүний нүд юм. Энэхүү механик процессыг судалснаар инженерүүд илүү хурдан, илүү мэдрэмтгий гэрэл мэдрэгч, камерын технологи, тэр ч байтугай хиймэл торлог бүрхэвч бүтээхэд ашиглах боломжтой.
Дүгнэлт
Энэхүү судалгаа нь нүдний савханцар эс гэрлийг зүгээр нэг “хүлээн авдаг” бус, харин физик хөдөлгөөнөөр “хариу үйлдэл үзүүлдэг” болохыг баталлаа. Энэ нь биологийн шинжлэх ухааны суурь ойлголтод чухал нэмэр оруулж, анагаах ухаан, технологийн салбарт шинэ боломжуудыг нээж өгч байна. Хэдийгээр энэ нь зөвхөн эхний алхам боловч гэрэл хэрхэн бидний уураг тархинд дүрс болон хувирдаг тухай нууцыг тайлахад улам ойртууллаа.