Глаза всех млекопитающих различают свет с длиной волны в диапазоне от 430 до 770 нанометров. Более короткие волны — это ультрафиолетовый свет, более длинные — инфракрасный. У волн в ИК-спектре энергия ниже, чем у видимых, и, чтобы их детектировать, нужно, чтобы опсины — светочувствительные рецепторы в глазу — имели более низкий энергетический барьер. Но тогда возникнет тепловой шум, и опсины опасно нагреются. Так что глаз животных из-за физиологических ограничений не способен на ИК-зрение.
Ближний инфракрасный диапазон находится лишь чуть выше на этой шкале, чем видимый красный свет. Китайские ученые предположили, что с помощью определенной технологии этот свет можно «дотянуть» до видимого.
Чтобы преобразовать инфракрасный цвет ближнего спектра в видимый человеческому глазу, ученые разработали особые наночастицы размером 38 нанометров на основе соединений натрия, иттрия и фтора. Чтобы инъекция была обратимой, этими частицами покрыли полиакриловую кислоту, которая растворяется в воде, а затем соединили эту смесь с особым белком конканавалином А, способным связываться с гликопротеинами в наружных сегментах фоторецепторов сетчатки.
В итоге у ученых получились биосовместимые наноантенны, соединенные с белком, который, в свою очередь, связывается с сетчаткой. Их впрыснули в глаза подопытным мышам, в результате чего на сетчатке образовался тонкий слой наночастиц, поглощающих инфракрасный свет (900-1000 нм) и излучающий свет примерно на 500 нанометров короче. Свет с длиной волны 500—565 нанометров — зеленый. Таким образом, мыши стали видеть инфракрасный свет как оттенок зеленого.
Чтобы проверить, видят ли мыши инфракрасный свет, ученые провели серию экспериментов. В частности, проверили зрачковый рефлекс — сужение зрачка в ответ на направленный на него свет. Зрачки мышей, которым инъецировали наночастицы, сильно сужались, когда им в глаз светили светом с длиной волны 980 нм, тогда как у мышей без инъекций рефлекса не наблюдалось.
Реакцию мышей на инфракрасный свет подтвердили и электроретинограммой — измерением потенциала тока, возникающего в глазу в ответ на раздражение светом. Кроме того, известно, что раздражение светом вызывает активацию зрительной коры мозга — и кора мышей также среагировала на инфракрасный свет, в то время как активность коры мышей без наноантенн оставалась неизменной.
Также ученые проверили поведенческие реакции мышей на ближайший инфракрасный спектр. Для этого они провели эксперимент со светлым и темным ящиком. В обычных экспериментах, если мыши предложить ящик, в котором темно, и ящик, освещенный светом, она инстинктивно выберет забраться в темный, как более безопасный. В данном исследовании ученые заменили обычный видимый свет на светодиодный с длиной волны 980 нм. Поскольку обычный глаз не видит этого света, для стороннего наблюдателя оба ящика выглядят освещенными одинаково. Но мыши, которым инъецировали наночастицы, в большинстве экспериментов предпочитали темный ящик, как будто другой был для них слишком ярким. В то же время мыши из контрольной группы, которым не вводили инъекцию, не могли различить освещенные светодиодом и темные ящики.
Побочных эффектов и повреждения сетчатки из-за наночастиц практически не наблюдалось. Правда, подчеркивают ученые, это не то цветное тепловое зрение, которое можно увидеть через очки ночного видения. В данном случае мыши видят теплые объекты как нечто слегка более яркое и более зеленое.
Ученые считают, что эта технология в будущем поможет расширить зрительные возможности человека, дав ему возможность видеть ИК-излучение без генетических модификаций и громоздкого оборудования.
Ранее ученые из группы Science for the Masses проверили на себе раствор, повышающий восприимчивость глаза к свету.
Евгения Щербина