miércoles, 28 de diciembre de 2016

FÍSICA Y QUÍMICA DE LA VISIÓN


En el estudio de la visión desde un punto de vista físico y químico hay que tener en cuenta dos elementos:

1. La visión desde el punto de vista físico podemos simplificarlo a una cámara oscura.
2. La visión desde el punto de vista química podemos simplificarlo hablando de dobles enlaces de carbono.

Física de la Visión

Posiblemente nunca se sabrá con precisión quién y cuándo descubrió la cámara oscura pero su presencia a lo largo de la historia de la humanidad es constante.

Fue en la antigua Grecia donde surgió la preocupación por encontrar una explicación del fenómeno lumínico. Esto condujo a los filósofos a observar los efectos de la luz en todas sus manifestaciones. Aristóteles sostuvo que los elementos que constituían la luz se trasladaban de los objetos al ojo del observador con un movimiento ondulatorio. Para comprobar su teoría, construyó la primera cámara oscura de la que se tiene noticia en la Historia, describiéndola de la siguiente manera: "Se hace pasar la luz a través de un pequeño agujero hecho en un cuarto cerrado por todos sus lados. En la pared opuesta al agujero, se formará la imagen de lo que se encuentre enfrente".

En la segunda mitad del siglo XV, se volvió a tener noticia de la cámara oscura a través de Leonardo da Vinci (1452-1519), quien redescubrió su funcionamiento y le adjudicó una utilidad práctica por lo que se le ha otorgado el crédito de su descubrimiento. El italiano Leonardo da Vinci y el alemán Alberto Durero (1471-1528) emplearon la cámara oscura para dibujar objetos que en ella se reflejaban. A partir de ese momento se utilizó como herramienta auxiliar del dibujo y la pintura, extendiéndose rápidamente en Europa.

En el siglo XVI un físico napolitano, Giovanni Battista Della Porta (1535-1615), antepuso al orificio una lente biconvexa (lupa) y con ella obtuvo mayor nitidez y luminosidad en la imagen. A partir de este avance varios científicos se dedicaron a perfeccionarla.

Finalmente, se le asigna a Johannes Kepler (1571-1630) el ser el primero en acuñar el término Cámara Oscura

Pero, ¿cómo "funciona" la cámara oscura?... Para explicarlo, partamos de la imagen inferior:


La luz que llega a un objeto, en este caso un árbol, se refleja y algunos de los haces de luz logran entrar a la cámara a través del pequeño orificio y llegar hasta el fondo que es la pantalla sobre la que se forma la imagen. La imagen se forma invertida debido a que la luz viaja en línea recta (también se invierten izquierda y derecha por la misma razón). Al observar la figura queda claro entonces la razón de la inversión de la imagen, y por tanto, también nos sirve para comprobar experimentalmente que la luz viaja en línea recta.

El agujero de la cámara debe de ser lo más pequeño posible para permitir la entrada pequeñito de unos pocos haces de luz, cuanto más grande sea el orificio más difusa será la imagen formada.

El ojo humano funciona como una cámara oscura también, probablemente hemos oído que las imágenes que vemos se forman invertidas en la retina. En el caso del ojo además del pequeño orificio, que es la pupila, existen otros elementos orgánicos como el cristalino y la córnea, cuya función es enfocar cualquier objeto, este cerca o lejos, en la retina.
En el siguiente vídeo podemos observar cómo funciona una cámara oscura:


Química de la Visión

Los átomos pueden unirse entre sí mediante enlaces sencillos, dobles o triples. La existencia de dobles enlaces entre átomos de carbono y su rigidez hace posible que leas esta entrada de blog. El proceso de la visión es muy complejo pero vamos a intentar simplificarlo al máximo.

Podemos decir, de una manera muy simplificada, que el ojo humano es una esfera con una abertura en la parte frontal. Por esta apertura penetra la luz hasta el fondo del ojo que está recubierto por unas células en forma de conos y bastoncillos. Cada ojo tiene 7 millones de conos que se encargan de detectar los colores y 120 millones de bastoncillos que se encargan de detectar la luz blanca. Las moléculas de la visión se encuentran en la superficie de conos y bastoncillos, siendo la rodopsina la que tiene un papel fundamental.

La rodopsina está formada por dos partes:

- Una proteína, denominada opsina.
- Un aldehido, denominado retinal.

La molécula de retinal puede adoptar dos formas isómeras denominadas cis y trans. Como isómeros que son, tienen la misma fórmula molecular y solo se diferencian en la distribución espacial de los sustituyentes del doble enlace situado en el carbono número 11. Cuando la rodopsina absorbe luz, el retinal se isomeriza a su forma trans, que tiene la propiedad de separarse de la opsina.



Cuando las dos partes de la rodopsina se separan, el color rojo púrpura de la rodopsina desaparece y esto hace que la célula a la que estaba unida la rodopsina excite a otras células que mandan un mensaje al cerebro. En condiciones normales es necesario que se exciten unas cinco células para provocar la sensación de visión. Por tanto, se necesitan 5 fotones para estimular el ojo.

Todo este proceso vuelve a su posición inicial a través de otro conjunto de reacciones. Pero el proceso inverso es algo más lento, y por ello, la imagen formada en la retina perdura una décima de segundo (aproximadamente). Esta persistencia de la imágenes es la que nos hace percibir en movimiento las imágenes del cine cuando en realidad no son más que una secuencia de fotografías estáticas tomas a intervalos de tiempo de un treintavo de segundo.

Durante la regeneración de la opsina se pierde parte de retinal que necesita ser reemplazado por vitamina A de la corriente sanguínea, que hace de ésta una sustancia clave de la salud visual.


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