Wie Sehen funktioniert: Forscher entschlüsseln Mechanismus

Forschende des Paul Scherrer Instituts (PSI) in Würenlingen in der Schweiz haben entschlüsselt, wie das Auge Licht einfängt. Die Resultate sind am Mittwoch in der renommierten Fachzeitschrift "Nature" erschienen. Die Vorgänge laufen in Pikosekunde, also einer Billionstel Sekunde ab. Damit ist es einer der schnellsten Vorgänge in der Natur überhaupt, teilte das PSI mit. Zum Vergleich: Eine Pikosekunde verhält sich zu einer Sekunde wie drei Sekunden zu 10.000 Jahren.

Im Auge wird Licht durch ein Rezeptorprotein namens Rhodopsin in elektrische Signale umgewandelt. Die Signale werden dann im Gehirn verarbeitet, um ein geistiges Bild zu erzeugen. Der "Hauptschalter", der auf Licht reagiert und Rhodopsin aktiviert, ist ein Pigment namens Retinal. Trifft Licht auf das Protein, absorbiert Retinal einen Teil der Lichtenergie, und verändert so seine dreidimensionale Gestalt.

Wie ein Blitz

Der Schalter im Auge wird so von "Aus" auf "Ein" umgelegt. Daraufhin läuft eine Kaskade von Reaktionen ab, die letztendlich damit endet, dass wir einen Lichtblitz wahrnehmen. Was genau im Detail passiert, war bisher nicht bekannt. "Noch nie hat jemand in Echtzeit beobachtet, wie genau die Veränderung am Sehpigment Rhodopsin abläuft", sagte PSI-Forscherin Valérie Panneels laut Pressemitteilung. Mit dem Freie-Elektronen-Röntgenlaser (SwissFEL) haben die Forscherinnen und Forscher diesen ultraschnellen Vorgang nun gefilmt.

Sie konnten sehen, dass das Protein sich aufbläht, wenn es Lichtenergie aufnimmt. "Ähnlich wie unser Brustkorb, der sich beim Einatmen ausdehnt, um sich kurz darauf wieder zusammenzuziehen", erklärte Paneels. Während dieses "Aufatmens" verliert das Protein vorübergehend den größten Teil seines Kontakts zum Retinal. Kurze Zeit später zieht das Protein sich wieder zusammen und hat auch sein Retinal erneut fest im Griff, jetzt aber mit einer anderen, eher verlängerten Form.