Adaptyvūs regėjimo mechanizmai
Žmogaus regos sistema sugeba pateikti naudingą signalą plačiu šviesos stiprio diapazonu. Tačiau kai kurios akys yra geriau optiškai pritaikytos veikti šviesiomis ar tamsiomis sąlygomis. Pavyzdžiui, naktinių kandžių superpozicijos akys gali būti tūkstantį kartų jautresnės nei dieninių drugelių akys. Stuburinių akių srityje yra keturių rūšių mechanizmai, veikiantys regėjimui plačiu šviesos stiprio diapazonu. Tai apima rainelei būdingus mechanizmus, stiprio diapazono padalijimą tarp strypų ir kūgių, signalo perdavimo proceso koregavimą fotoreceptoriuose ir aktyvių fotopigmentų molekulių prieinamumo pokyčius.
Regėjimas ir šviesos intensyvumas
Akivaizdžiausias šviesos reguliavimo mechanizmas yra rainelė. Žmonėms rainelė tamsoje atsidaro iki didžiausio 8 mm (0,31 colio) skersmens ir užsidaro mažiausiai iki 2 mm (0,08 colio). Vaizdo ryškumas tinklainėje kinta 16 kartų. Kitiems gyvūnams vyzdžio poveikis gali būti daug didesnis; pavyzdžiui, tam tikruose gekonuose išpjaustytas vyzdys gali užsidaryti nuo kelių milimetrų skersmens apskritimo iki keturių smeigtukų, kurių kiekvieno skersmuo yra 0,1 mm (0,004 colio) ar mažesnis. Tinklainės ryškumo santykis yra bent tūkstantis kartų. Šio didelio diapazono priežastis tikriausiai yra ta, kad nakties gekono akiai reikia stiprios apsaugos nuo ryškios dienos šviesos.
Žmonėms lazdelės yra susijusios su silpniausia akies veikimo diapazono dalimi ir neturi spalvoto matymo. Kūgiai pradeda perėti maždaug ryškių mėnulio šviesų lygyje, o esant bet kokiam dienos šviesos intensyvumui vien tik kūgiai teikia vaizdinį signalą. Strypai į atskirus šviesos fotonus reaguoja dideliais elektriniais signalais, o tai reiškia, kad elektriniai atsakai būna prisotinti mažais rodopsino molekulių fotonų sugavimo greičiais. Strypai veikia nuo matymo slenksčio, kai jie gauna maždaug vieną fotoną kas 85 minutes, iki aušros ir sutemos, kai jie gauna apie 100 fotonų per sekundę. Didžiąją savo diapazono dalį strypai signalizuoja apie vieną fotonų gaudymą. Kūgiai yra daug mažiau jautrūs nei strypai; jie vis dar reaguoja į pavienius fotonus, tačiau gaunami elektriniai signalai yra daug mažesni. Tai suteikia kūgiams žymiai didesnį darbinį diapazoną - nuo mažiausiai maždaug trijų fotonų per sekundę iki daugiau nei milijono per sekundę, to pakanka, kad būtų galima įveikti ryškiausias sąlygas, su kuriomis susiduria žmonės.
Jei kūgiai pateikiami trumpais blyksniais, o ne nuolatiniu apšvietimo pokyčiu, jų darbinis diapazonas nuo slenksčio iki soties yra mažas - sumažinamas iki koeficiento 100. Tačiau ilgesnis apšvietimas sukelia dviejų rūšių pokyčius, praplečiančius šį diapazoną. Biocheminis keitiklio kaskadas, vedantis į elektrinį signalą, turi savybę reguliuoti savo prieaugį ir taip sumažinti elektrinio signalo dydį esant dideliam fotonų sugavimo greičiui. Pagrindinis mechanizmas priklauso nuo to, ar kalcio jonai, kurie kartu su natrio jonais patenka į fotoreceptorius, turi slopinantį poveikį cGMP, molekulės, kuri palaiko natrio kanalus, sintezei (žr. Aukščiau - fotoreceptorių struktūra ir funkcijos: neuroninis perdavimas).. Šviesos poveikis yra sumažinti cGMP lygį ir tokiu būdu uždaryti membranos kanalus natriui ir kalciui. Jei šviesa yra nuolatinė, kalcio kiekis fotoreceptoriuose krinta, kalcio „stabdis“ dėl cGMP gamybos susilpnėja, o cGMP lygis šiek tiek padidėja. Padidėjusi cGMP gamyba vėl atveria membranos kanalus. Taigi yra grįžtamojo ryšio kilpa, kuri linkusi priešintis tiesioginiam šviesos poveikiui, užtikrindama, kad prisotinimas (visiškas visų membranos kanalų uždarymas) neįvyks. Tai savo ruožtu išplečia viršutinį fotoreceptoriaus darbo diapazoną.
Lėtas funkcinių vaizdinių pigmento molekulių apykaitos greitis taip pat padeda išplėsti akies gebėjimą reaguoti į aukštą šviesos lygį. Stuburiniuose gyvūnuose visas trans-tinklainis, susidaręs fotonui izomerizuojant rodopsino molekulės 11-cis tinklainę, pašalinamas iš lazdelės ar kūgio. Jis pereina į gretimą pigmento epitelį, kur yra regeneruojamas atgal į aktyviąją 11-cis formą ir perduodamas atgal į fotoreceptorių. Vidutiniškai šis procesas trunka dvi minutes. Kuo aukštesnis šviesos lygis, tuo daugiau tinklainės molekulių yra neaktyviame visos trans būsenos būsenoje. Todėl yra mažiau rodopsino molekulių, reaguojančių į šviesą. Viršutiniame intensyvumo pasiskirstymo gale fotorecepcija tampa savaiminė, kūgiai niekada nefiksuoja daugiau nei apie milijoną fotonų per sekundę.
