Näön adaptiiviset mekanismit
Ihmisen visuaalinen järjestelmä onnistuu tarjoamaan käyttökelpoisen signaalin laajalla valon voimakkuuden alueella. Jotkut silmät ovat kuitenkin paremmin optisesti sovitettu käsittelemään vaaleita tai pimeitä olosuhteita. Esimerkiksi yöeläinten koiden superpositiosilmät voivat olla jopa tuhat kertaa herkempiä kuin päivittäisten perhosten asetussilmät. Selkärankaisten silmissä on neljää tyyppisiä mekanismeja, jotka toimivat nähden mahdollistamiseksi laajalla valon voimakkuuden alueella. Näitä ovat iirikselle ominaiset mekanismit, intensiteettialueen jakaminen tankojen ja kartioiden välillä, signaalin siirtoprosessin säätö fotoreseptoreissa ja muutokset aktiivisten valopigmenttimolekyylien saatavuudessa.
Näky ja valon voimakkuus
Ilmeisin mekanismi, joka liittyy valonsäätöön, on iiris. Ihmisillä iiris avautuu pimeässä enimmäishalkaisijaan 8 mm (0,31 tuumaa) ja sulkeutuu vähintään 2 mm: iin (0,08 tuumaa). Kuvan kirkkaus verkkokalvossa muuttuu kertoimella 16. Muilla eläimillä pupillin vaikutus voi olla paljon suurempi; esimerkiksi tietyissä gekoissa halkaistu oppilas voi sulkeutua halkaisijaltaan useiden millimetrien ympyrältä neljään reikään, joista halkaisija on 0,1 mm (0,004 tuumaa) tai vähemmän. Verkkokalvon kirkkaussuhde on vähintään tuhatkertainen. Syynä tähän suureen valikoimaan on todennäköisesti se, että gekonin yöllinen silmä tarvitsee vahvan suojan kirkkaalta päivänvalolta.
Ihmisissä sauvat koskevat silmän himmeintä osaa, ja niillä ei ole värinäkymää. Käpyjä alkavat valloittaa suunnilleen kirkkaan kuunvalon tasolla, ja kaikilla päivänvalon voimakkuuksilla pelkästään käpyjä antaa visuaalisen signaalin. Vavat reagoivat yksittäisiin valofotoneihin suurilla sähköisillä signaaleilla, mikä tarkoittaa, että sähköiset vasteet kyllästyvät alhaisilla rodopsiinimolekyylien fotonin sieppauksen nopeuksilla. Tankojen toiminta-alue vaihtelee näkökynnyksestä, kun he vastaanottavat noin yhden fotonin 85 minuutin välein, hämärä- ja hämäräolosuhteisiin, kun he vastaanottavat noin 100 fotonia sekunnissa. Suurimmalla osalla niiden sauvat signaloivat yksittäisiä fotoneja. Kartio on paljon vähemmän herkkä kuin tangot; ne reagoivat edelleen yksittäisiin fotoneihin, mutta tuloksena olevien sähköisten signaalien koot ovat paljon pienemmät. Tämä antaa käpyille huomattavasti suuremman toiminta-alueen ainakin noin kolmesta fotonista sekunnissa yli miljoonaan sekunnissa, mikä riittää käsittelemään ihmisen kovimpia olosuhteita.
Jos käpyjä esitetään lyhyillä välähdyksillä jatkuvien valaistusvaihtelujen sijasta, niiden työalue kynnyksestä kylläisyyteen on pieni - laskettu kerroimeen noin 100. Pidempi valaistus kuitenkin indusoi kahta tyyppistä muutosta, joka laajentaa tätä aluetta. Biokemiallisella muuntimen kaskadilla, joka johtaa sähköiseen signaaliin, on kyky säätää omaa vahvistuksiaan, mikä pienentää sähköisen signaalin kokoa suurilla fotonin sieppausnopeuksilla. Päämekanismi riippuu tosiasiasta, että kalsiumioneilla, jotka kulkevat valoreseptoriin yhdessä natriumionien kanssa, on estävä vaikutus cGMP: n synteesiin, molekyyliin, joka pitää natriumkanavat auki (katso yllä valon reseptoreiden rakenne ja toiminta: Neuraalinen siirto). Valon vaikutus on vähentää cGMP-tasoja ja sulkea siten membraanikanavat natriumille ja kalsiumille. Jos valo on jatkuvaa, kalsiumtasot valoreseptorissa laskevat, cGMP-tuotannon kalsium “jarru” heikkenee ja cGMP-tasot nousevat jonkin verran. Lisääntynyt cGMP-tuotanto avaa membraanikanavat uudelleen. Siksi on takaisinkytkentäsilmukka, jolla on taipumus vastustaa valon suoraa vaikutusta, varmistaen, että kylläisyyttä (kaikkien kalvokanavien täydellinen sulkeminen) ei tapahdu. Tämä puolestaan pidentää valonvastaanottimen toiminta-alueen yläpäätä.
Funktionaalisten visuaalisten pigmenttimolekyylien hidas vaihtonopeus auttaa myös pidentämään silmän kykyä reagoida korkeaan valotasoon. Selkärankaisilla kaikki trans-verkkokalvo, joka tuotetaan, kun fotoni isomeroi rodopsiinimolekyylin 11-cis-verkkokalvon, poistetaan sauvasta tai kartiosta. Se kulkeutuu viereiseen pigmentiepiteliumiin, missä se regeneroidaan takaisin aktiiviseen 11-cis-muotoon ja viedään takaisin valoreseptoriin. Tämä prosessi kestää keskimäärin kaksi minuuttia. Mitä korkeampi valotaso on, sitä suurempi on verkkokalvon molekyylien lukumäärä inaktiivisessa all-trans-tilassa. Siksi on vähemmän rodopsiinimolekyylejä käytettävissä vastaamaan valoon. Intensiivisuusjakauman yläpäässä valon vastaanotto muuttuu itsestään rajoittuneeksi, jolloin kartiot eivät koskaan saa enemmän kuin noin miljoona fotonia sekunnissa.
