Мишей навчили бачити в інфрачервоному діапазоні

Дослідники з Науково-технічного університету Китаю придумали спосіб, що дозволяє мишам бачити в інфрачервоному світлі. Для цього вони прикріпили до фоторецепторів мишей наночастинки, що переводять сигнал з невидимого діапазону у видимий. Експерименти показали, що такі миші здатні розрізняти складні форми в інфрачервоному світлі. Результати роботи опубліковані в журналі.

Фоторецептори людини, засновані на роботі родопсинів, здатні розрізняти світло з довжинами хвиль в районі 400-700 нанометрів. Справа в тому, що інфрачервоне випромінювання має велику довжину хвилі і меншу енергію, якої не вистачає для активації фоторецептора. Ця обставина лежить в основі несприйнятливості ока людини та інших тварин до інфрачервоного випромінювання. Щоб його подолати, вже робилися спроби знизити енергію активації фоторецепторів, наприклад за допомогою нагрівання, але в результаті цього вони починали спрацьовувати мимовільно і це сильно зашумляло вихідний сигнал.

Група вчених під керівництвом Тянь Сюе (Tian Xue) придумала альтернативне рішення. За основу для мишачих «інфрачервоних окулярів» були взяті давно відомі частинки на основі ербія та іттербію розміром близько 40 нанометрів, які можуть поглинати промені з довжиною хвиль в районі 980 нанометрів і випускати у відповідь зелене видиме світло з довжиною хвилі близько 535 нанометрів. В основі їх роботи лежить здатність збирати енергію декількох інфрачервоних фотонів і вивільняти її у вигляді єдиного, але більш короткохвильового (а значить, що має велику енергію) фотона. Важливою перевагою цих частинок виявився низький рівень генерованого ними випадкового шуму. Механізм роботи таких частинок наочно продемонстрований у відео нижче:

Для надання частинкам гідрофільності дослідники покрили їх поліакриловою кислотою. Крім того, до них пришили молекули конкаваліну А, відомого своєю здатністю зв'язуватися із зовнішнім сегментом фоторецепторів ссавців. Після ін'єкції в мишине око наночастинки прикріплювалися до рецепторів і починали передавати сигнал з мінімальними спотвореннями.

Побічних ефектів у цієї процедури виявилося не більше, ніж у контрольній, де мишам вколювали нешкідливий розчин; порушень звичайного зору автори теж не виявили. Наступним етапом стала функціональна перевірка перевірки нової «суперздатності». Це було зроблено на трьох рівнях: вчені перевірили реакцію ока на інфрачервоне випромінювання, активацію зорової кори та поведінкові реакції.

Результати тестів показали, що наночастинки дозволяють тваринам не тільки реагувати на світло певного спектру, а й бачити окремі форми, наприклад відрізняти поздовжні смужки від поперечних. Для того, щоб це підтвердити, мишей поміщали у воду і вчили шукати приховану плавучу платформу, зазначену так само, як і контрольне місце без платформи, - малюнком на стінці басейну. У першому тесті ці два малюнки відрізнялися напрямком інфрачервоних смужок, а в другому миші повинні були вибрати між колами і трикутниками, намальованими як у видимому, так і невидимому діапазоні (кількість випробовуваних у контрольній і тестовій групах коливалася від п'яти до семи). Контрольні миші після навчання випливали до потрібного місця менше ніж у 50 відсотках випадків завдяки випадковості, тоді як миші, які могли бачити і правильно інтерпретувати підказки справлялися приблизно в 80 відсотках випадків.

Обнадійливі результати тестів дозволяють припустити і про надання інфрачервоного зору людині, але дослідники попереджають, що цей процес небезпечний: крім тимчасових проблем із зором (у мишей все прийшло в норму за два тижні) після уколу і можливих ускладнень ці наночастинки містять важкі метали. Найкраще підтвердження цьому - слова самих авторів статті про те, що вони взагалі не мають наміру випробовувати технологію на собі.

Це не перша спроба подарувати гризунам інфрачервоний зір. Раніше щурів за допомогою імплантатів навчили бачити в інфрачервоному світлі, передаючи сигнал безпосередньо в мозок.