研究新发现 人类可以看见红外光
2015-02-08

眼睛(图片来源:网络)


据美国的《科学家》(The Scientist)杂志报道,一个美国科学家团队最新研究发现,通过调整食物结构,实验者可以看到红外线。

杰弗里·蒂贝茨(Jeffrey Tibbetts)是独立研究机构“科学为大众”(Science for the Masses)创办人之一。去年,当他抬头看月亮的时候,看到了一些他以前从来没有见过的景象。尽管是一个月牙,但大部分覆盖着地球的影子,整个圆周他都看得到。

蒂贝茨回忆说,“哦,天哪,这真的很酷。” 夜复一夜,不管月亮在哪个周期,他都能看到整个月亮。在白天他的视野也发生了变化:他看到的日出尤其壮观,几乎散发霓虹般的光彩。他把这个特性归功于他带领并参与的研究项目,欲将人类的视觉范围扩大到红外线。

蒂贝茨和其他参与者在三个月内没有进食任何维生素A 1和视黄醇,这两者对光感受器的发色团捕捉光是必不可少的。相反,他们试图让光感受器对波长较长的光反应。他们在饮食中补充维生素A2和去氢视黄醇,这两者帮助一些动物,比如淡水鱼,看到近红外光。为了避免危险,他们进食了视黄酸和维生素A衍生物。蒂贝茨说,几乎是马上,就有人报告一些差异。两周后,变化非常明显。

蒂贝茨和参与者们服用去氢视黄醇几天后,记录了视网膜对各种波长的光的不同反应。他们的眼睛开始对波长超过850纳米的光反应,可见光谱的一般限制为720纳米。蒂贝茨说,他夜间视力变好,还可以透视保护隐私的单向玻璃。虽然体验到视觉上的愉悦,但也付出了代价。参与实验者失去了胃口。蒂贝茨说,他无法辨别蓝色和绿色。

蒂贝茨的体验是很独特的,他能看到人类看不到的红外光。但在20世纪,也有科学家断断续续报道说,人类能探测到在我们视觉限制以外数百纳米的近红外光。

美军还研究过这个现象。在20世纪70年代,大为·斯林尼(David Sliney)当时在位于马里兰州阿伯丁试验场的美军环境署工作。斯林尼回忆说,“当时对个人看到红外线射灯的难易很有兴趣。”他和同事们收集了一些激光器,看看他们能否延长拉姆达曲线,换句话说,扩大视觉范围。

这是一组困难的实验,特别是试图隔离激光光线里特定波长的光。但是斯林尼和他的同事们成功显示出人类受试者(他们自己)可以检测最远1064纳米的近红外光(近红外光波长700-2500纳米)。在这个波长,光从20纳秒脉冲激光射出显示为绿色。

斯林尼说,“我当时以为这是频率提高了一倍”,才能允许这样长的波长被探测出。当频率提高一倍,也被称为二次谐波生成,两个光子结合在某种结晶材料或在眼睛(可能是角膜)的某些部分,产生一个有两倍能量和一半波长的光。如果发生这种情况,例如,1064纳米的激光,到感光体将是一个532纳米的光,就会出现绿色。

近日,美国凯斯西储大学(Case Western Reserve University)的克日什托夫·帕尔切夫斯基(Krzysztof Palczewski)在一个偶然的机会,将研究进行了下去。2012年,他在波兰领奖时,与另一位获奖者、在哥白尼大学托伦的工程师马切伊·沃捷柯斯基(Maciej Wojtkowski)见面并谈了起来。后来,帕尔切夫斯基来到沃捷柯斯基的实验室,并想用激光做视网膜成像方面的研究。在做激光的实验时,帕尔切夫斯基注意到,尽管光的波长很长,但是他还是看到了光。他对这个现象很感兴趣,便要求实验室的其他人进入了这个黑暗的房间,每个人回来都报告激光发射出黄色或绿色的光。

帕尔切夫斯基说,“从一个有机化学的角度,这样的事件应该不会发生。这是非线性物理。” 当波长变长,光的能量变弱,而红外线应该是太弱以致无法激发光感受器的发色团。尽管如此,他们的观察也是不可否认的。 “那真是非常令人兴奋的。我们开始规划如何进入这一机制的整体计划。”

为了测试二次谐波是否负责人的红外视觉,帕尔切夫斯基的小组把老鼠的视网膜远离角膜、晶状体和其他能产生影响的部分,并记录他们对红外光的反应。视色素仍然能对红外光反应,这表明了另一个进程正在发生:双光子异构化。在这种情况下,感光色素本身一次吸收两个光子。进一步的实验和模型证实了研究人员的假设。 帕尔切夫斯基说,“我们已经发现,一切都符合这个双光子异构化(模型),而不是二次谐波产生。”

蒂贝茨改进了他的红外视觉的实验,进行了一个月后结束,他的团队现在正在总结结果,并有待同行评审。

蒂贝茨和他的同事加布里埃尔·利契那(Gabriel Licina)表示,用任何形式的维生素和营养缺乏来获得人体夜间视力的项目是不值得的,长期这样做副作用很大。利契那说:“我们希望有一个超视觉的东西,但太痛苦了。”

    责编: Amy

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