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Lo que las ranas africanas nos pueden enseñar sobre la visión

Consiguen medir la eficiencia cuántica de las células de la retina gracias a experimentos con los ojos de las ranas. La técnica permite diseñar detectores de un sólo fotón basados en la estructura del ojo y quizá sirva para conocer mejor algunas enfermedades que llevan a la ceguera.

Ejemplar de la rana africana 'Xenopus laepis'
Ejemplar de la rana africana 'Xenopus laepis' Wikimedia Commons

Hay animales que nunca imaginarías lo importantes que son para la investigación científica. Uno de ellos es una especie de rana africana llamada Xenopus laepis, caracterizada por las uñas que posee en sus ancas, y que se emplea en estudios neurocientíficos y genéticos, entre otros usos biomédicos, por su estrecho parentesco evolutivo con los humanos. Ahora, con un dispositivo muy ingenioso creado por físicos, podría ayudar a conocer algunas enfermedades que llevan a la ceguera.

Los científicos han explorado la sensibilidad visual tanto de humanos como de otros animales usando fuentes de luz de todo tipo, desde bombillas de filamento incandescente a LEDs. Pero la comprensión de cómo las células de la retina responden a un solo fotón podría permitir un cálculo preciso de su eficiencia cuántica, esto es, la proporción entre el número de fotones detectados y el número de fotones incidentes. El poder realizar estas mediciones podría permitir el diseño de detectores de un sólo fotón basados en la estructura del ojo y conocer mejor el funcionamiento de los detectores naturales.

Un equipo de investigadores encabezado por Nam Mai Phan, del Data Storage Institute (Singapur), han diseñado un experimento que puede generar de forma fiable un sólo fotón y medir con él la eficiencia cuántica de los bastones de la retina. Los bastones empleados en los experimentos se tomaron de diez ranas africanas macho adultas.

Los científicos produjeron fotones aislados usando conversión paramétrica espontánea, una técnica en la que se hace pasar un rayo láser por un cristal no lineal en la que se producen (espontáneamente) dos fotones que están en campos ópticos distintos pero entrelazados (en la imagen representados por los conos) de forma que a efectos prácticos en cada campo hay un sólo fotón. De esta manera se produjeron fotones de 532 nm (verdes por tanto) que se enviaban a un fotodiodo que hacía que sus compañeros se enviasen a una fibra óptica dirigida a los bastones de la rana.

Los resultados de Phan et al., publicados en Physical Review Letters, indican que la eficiencia cuántica de los bastones es del orden del 29%, llamativamente similar a la obtenida para los bastones humanas basada en experimentos conductistas (lo veo/no lo veo).

Como el dispositivo experimental es capaz de medir la eficiencia cuántica de los bastones a diferentes longitudes de onda, permitirá una mejor comprensión de las propiedades funcionales del ojo, con lo que ello representa para entender el origen de la ceguera.

Referencia: Nam Mai Phan, Mei Fun Cheng, Dmitri A. Bessarab, and Leonid A. Krivitsky (2014) Interaction of Fixed Number of Photons with Retinal Rod Cells Phys. Rev. Lett. 112, 213601


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