معلومة

إلى أي مدى يمكن للإنسان أن يراه في الليل؟


أنا لا أتحدث عن الرؤية في الظلام الدامس ، الذي أفهم أنه غير ممكن. أنا أبحث أكثر عن سؤال إلى أي مدى يمكن للإنسان أن يراه أثناء الليل المرصع بالنجوم أو مع نصف القمر / اكتمال القمر. حاولت استخدام googling لهذا الغرض ، لكن لم أجد أي نتائج مفيدة.

تعديل أعتقد أنني بحاجة إلى التوضيح: أفكر أكثر فيما يتعلق بالمحيط المباشر. أتفهم أنه يمكننا مصدر ضوء من بعيد ، ولكن ماذا عن شجرة على أرض مستوية - من أي مدى سنراها في ضوء النجوم؟


في الليل يمكنك رؤية أبعد من النهار. في الليل يمكنك رؤية النجوم التي تبعد عدة سنوات ضوئية ، ولكن أثناء النهار ربما يكون أبعد شيء يمكنك رؤيته هو الشمس ، التي تبعد 8 دقائق ضوئية. ربما لا توجد إجابة محددة لأنه كلما كان الجسم أكثر إشراقًا وكبرًا (وكلما كانت البيئة المحيطة أكثر قتامة وكان الهواء أكثر نقاءً) ، زادت المسافة التي يمكنك رؤيتها من خلالها.

وفقًا لـ Sky and Telescope ، فإن أبعد النجوم (كجزء من مجرة ​​أندروميدا) التي يمكنك رؤيتها بالعين المجردة تبعد 2.5 مليون سنة ضوئية.

بالحديث عن الأشياء الموجودة على الأرض ، عند نصف القمر ، يمكنك أن ترى "النهاية" ، أي الأفق.


مع سماء صافية ومظلمة (لا تلوث ضوئي في المناطق الحضرية) ، حوالي 2.5 مليون سنة ضوئية. هذه هي المسافة إلى مجرة ​​أندروميدا ، والتي يمكن رؤيتها (في نصف الكرة الشمالي) بحدة بصرية عادية: https://en.wikipedia.org/wiki/Andromeda_Galaxy#Amateur_observing

لا تعتمد الرؤية على المسافة ، بل على سطوع الأشياء التي يتم عرضها وحجمها. أي أننا نرى النجوم كنقاط لأن قطرها صغير جدًا بحيث لا يمكن حله (الدقة الزاوية) لكنها لا تزال تضع الكثير من الفوتونات. نرى أندروميدا على أنها بقعة ضبابية من الضوء ، لأنها تتكون من الكثير من النجوم المنتشرة على مسافة كبيرة.

بالنسبة للأشياء العادية ، يعتمد ذلك على كمية الضوء والحجم. إذا كنت تحلق في طائرة صغيرة في ليلة شتاء صافية مع نصف قمر أو أكثر ، فمن الممكن أن ترى الجبال المغطاة بالثلوج على بعد 50 ميلاً (80 كم) أو أكثر.


الرؤية في الأسماك

الرؤية هي نظام حسي مهم لمعظم أنواع الأسماك. عيون الأسماك تشبه عيون الفقاريات الأرضية مثل الطيور والثدييات ، ولكن لها عدسة كروية أكثر. عادةً ما تقوم الطيور والثدييات (بما في ذلك البشر) بضبط التركيز عن طريق تغيير شكل العدسة ، ولكن عادةً ما تقوم الأسماك بضبط التركيز عن طريق تحريك العدسة بالقرب من شبكية العين أو بعيدًا عنها. تحتوي شبكية العين بشكل عام على كل من الخلايا القضيبية والخلايا المخروطية (للرؤية العكسية والضوئية) ، ومعظم الأنواع لديها رؤية الألوان. يمكن لبعض الأسماك رؤية الأشعة فوق البنفسجية والبعض الآخر حساس للضوء المستقطب.

من بين الأسماك الخالية من الفك ، فإن لامبري [1] عيون متطورة بشكل جيد ، في حين أن سمك الهاg لديه نقاط عيون بدائية فقط. [2] أسلاف أسماك الهاg الحديثة ، التي يُعتقد أنها من الكائنات الحية الأولية ، [3] تم دفعهم بشكل واضح إلى المياه العميقة جدًا والمظلمة ، حيث كانوا أقل عرضة للحيوانات المفترسة المبصرة ، وحيث يكون من المفيد وجود بقعة عين محدبة ، الذي يجمع ضوءًا أكثر من الضوء المسطح أو المقعر. تُظهر رؤية الأسماك تكيفًا تطوريًا مع بيئتها البصرية ، على سبيل المثال ، تمتلك أسماك أعماق البحار عيونًا مناسبة للبيئة المظلمة.


إلى أي مدى يمكن للعين البشرية أن ترى؟

يعتمد المدى الذي يمكن للعين البشرية أن تراه على عدد جسيمات الضوء ، أو الفوتونات ، التي ينبعث منها جسم بعيد. أبعد شيء يمكن رؤيته بالعين المجردة هو مجرة ​​أندروميدا ، التي تبعد 2.6 مليون سنة ضوئية عن الأرض. تبعث النجوم التي يبلغ عددها تريليون نجم في المجرة مجتمعة ما يكفي من الضوء لبضعة آلاف من الفوتونات لتضرب كل سنتيمتر مربع من الأرض كل ثانية في ليلة مظلمة ، وهذا كثير لإثارة شبكية العين لدينا.

في عام 1941 ، قام عالم الرؤية سيليج هيشت وزملاؤه في جامعة كولومبيا بما لا يزال يعتبر مقياسًا موثوقًا لـ "العتبة المطلقة" للرؤية و [مدش] الحد الأدنى لعدد الفوتونات التي يجب أن تضرب شبكية العين لدينا من أجل استنباط الوعي البصري المعرفة. استقصت التجربة العتبة في ظل ظروف مثالية: أعطيت عيون المشاركين في الدراسة وقتًا للتكيف مع الظلام الدامس ، ومضة الضوء التي تعمل كمحفز لها طول موجي (أزرق-أخضر) يبلغ 510 نانومتر ، والتي تكون أعيننا أكثر حساسية تجاهها ، وكان هذا الضوء موجهاً إلى محيط شبكية العين ، وهي أغنى الخلايا العصوية للكشف عن الضوء.

وجد العلماء أنه لكي يتمكن المشاركون في الدراسة من إدراك مثل هذا الوميض من الضوء أكثر من نصف الوقت ، فقد تطلب المشاركون ما بين 54 و 148 فوتونًا لضرب مقل عيونهم. بناءً على قياسات امتصاص الشبكية ، حسب العلماء أن الخلايا العصوية للمشارك تمتص عاملًا أقل بعشر فوتونات. وهكذا ، فإن امتصاص 5 إلى 14 فوتونًا ، أو ، على نحو مكافئ ، تنشيط 5 إلى 14 خلية قضيب فقط ، يخبر عقلك أنك ترى شيئًا. [لماذا نرى في ثلاثي الأبعاد؟]

استنتج هيشت وزملاؤه في ورقتهم البحثية الأساسية حول هذا الموضوع: "هذا في الواقع عدد صغير من الأحداث الكيميائية".

بالنظر إلى العتبة المطلقة ، وسطوع لهب الشمعة ، والطريقة التي يخفت بها الجسم المتوهج وفقًا لمربع المسافة البعيدة عنه ، استنتج علماء الرؤية أنه يمكن للمرء أن يرصد بصيصًا خافتًا لشعلة شمعة على بعد 30 ميلاً. .

ولكن إلى أي مدى يمكن أن ندرك أن الجسم هو أكثر من مجرد وميض من الضوء؟ لكي يظهر شيء ما ممتدًا مكانيًا بدلاً من نقطة ، يجب أن يحفز الضوء المنبعث منه على الأقل خليتين مخروطيتين متجاورتين و mdash للعناصر الموجودة في أعيننا والتي تنتج رؤية الألوان. في ظل الظروف المثالية ، يجب أن يقابل الجسم زاوية لا تقل عن 1 قوس دقيقة ، أو واحد على ستين درجة ، من أجل إثارة الأقماع المجاورة. (هذا المقياس الزاوي يظل كما هو بغض النظر عما إذا كان الكائن قريبًا أو بعيدًا يجب أن تكون الكائنات البعيدة أكبر بكثير لتتوافق مع نفس الزاوية مثل الكائنات القريبة). يبلغ عرض القمر المكتمل 30 دقيقة قوسية ، في حين أن كوكب الزهرة بالكاد يمكن حله ككائن ممتد عند عرض دقيقة واحدة تقريبًا.

يمكن حل الكائنات ذات المقياس البشري كأجسام ممتدة من مسافة أقل بقليل من ميلين (3 كم). على سبيل المثال ، عند هذه المسافة ، يمكننا فقط صنع مصباحين أماميين مميزين في السيارة.

تابع Natalie Wolchover على Twitternattyover. تابع Life's Little Mysteries على Twitterllmysteries ، ثم انضم إلينا على Facebook.


الرؤية المحيطية

اختبر حدود رؤيتك المحيطية باستخدام نسخة منزلية الصنع من منقلة. بمساعدة أحد الأصدقاء ، يمكنك قياس مقدار ما يمكنك رؤيته من زاوية عينك. ستجد أنه يمكنك اكتشاف الحركة واللون والشكل والنص بزوايا مختلفة.

عرض فيديو

الأدوات والمواد

  • منقلة
  • قطعة خيط طولها حوالي 3 أقدام (1 متر)
  • طاولة كبيرة مستطيلة (بعرض 4 أقدام [1.3 متر] على الأقل وعمق 2 قدم [2/3 متر]) مع كرسي
  • مقص
  • ورق
  • تعليم الأقلام بمجموعة من الألوان
  • شريط الإخفاء
  • شريك

المجسم

اصنع منقلة كبيرة منضدية:

  1. ضع نفسك بحيث تكون متمركزًا على الجانب الطويل (العريض) من الطاولة. ضع علامة على نقطة بشريط لاصق على بعد قدمين [2/3 متر] أمامك عند الحافة البعيدة للطاولة. سيكون هذا هو رأس المنقلة على سطح الطاولة.
  2. باستخدام ذراعك الممدودة ، وقطعة من الخيط ، والمنقلة ذات الحجم القياسي كدليل ، قم بإنشاء منقلة منضدية كبيرة الحجم عن طريق تعليم الزوايا كل 10 درجات بقطع صغيرة من الشريط. ضع علامة على قطعة الشريط عند الرأس "0 درجة" (على منقلة قياسية ، ستكون علامة 90 درجة). على جانبي هذه العلامة ، قم بتسمية الشريط بزيادات تصاعدية بمقدار 10 درجات حتى 90 درجة على اليسار واليمين. (انظر الصورة أعلاه للإعداد المكتمل.)

اجعل هدفك البؤري واختبار الأشياء:

  1. قص قطعة صغيرة من الورق وأضف نقطة سوداء في مكان ما عليها. النقطة هي مجرد هدف مرئي وستكون ما سيحدق به شريكك أثناء التجربة.
  2. استخدم أقلام تعليم ملونة لرسم أشكال بسيطة مثل مستطيل أو مربع أو مثلث على قطعة صغيرة من الورق. يجب أن يزيد عرض وارتفاع كل شكل عن بوصة واحدة (2.5 سم).
  3. بالأحرف الكبيرة ، في منتصف كل شكل ، اكتب كلمة مكونة من ثلاثة أو أربعة أحرف (مثل كلب, قط، أو عين). هام: لا تدع شريكك يرى أيًا من هذه الأشياء حتى الآن.

ما يجب القيام به والإشعار

اجعل شريكك يجلس على الطاولة في نفس المكان الذي استخدمته لتمييز المنقلة. بالنظر إلى شريكك عبر الطاولة ، تأكد من محاذاة رأسه مع قمة المنقلة المنضدية.

ابدأ باختبار العين اليمنى. اجعل الشخص يمد ذراعيه مباشرة أمام مستوى العين ، ويصنع قبضتيه بكلتا يديه ، ويوجه كلا الإبهامين لأعلى. ضع ذراعه اليسرى بحيث تكون مباشرة فوق علامة 0 درجة ، ثم قم بتأرجح الذراع اليمنى إلى الجانب ، متجاوزًا علامة 90 درجة بحيث تكون خلف الجسم قليلاً.

الصق كائن التركيز (قطعة الورق الصغيرة التي عليها نقطة) على الصورة المصغرة اليسرى لشريكك. اطلب من شريكك التحديق مباشرة للأمام في النقطة ، مع إبقاء يده اليسرى ثابتة.

تأكد من أن شريكك يحدق مباشرة للأمام ولا يمكنه رؤية ما تفعله ، قم بلصق كائن اختبار تم اختياره عشوائيًا (شكل ملون به كلمة) على الإبهام الأيمن ، موجهًا نحو وجه شريكك.

بينما يستمر شريكك في التحديق في الكائن البؤري دون تحريك الرأس أو الإبهام الأيسر ، اطلب منه / منها تحريك الذراع اليمنى ببطء نحو اليد الثابتة على شكل قوس. انتبه جيدًا لعيون شريكك أثناء ذلك للتأكد من عدم وجود حركة جانبية.

اطلب من شريكك الانتباه إلى رؤيته المحيطية دون النظر إلى كائن الاختبار وإخبارك عندما يكون قادرًا على تمييز المعلومات المرئية التالية بشكل صحيح لأول مرة:

  • يمكن للشريك الكشف حركة من كائن الاختبار
  • يمكن للشريك التعرف بشكل صحيح على كائن الاختبار اللون
  • يمكن للشريك تحديد كائن الاختبار بشكل صحيح شكل
  • يمكن للشريك قراءة ملف نص على كائن الاختبار

سجل الزوايا التي يحدد فيها شريكك الخصائص المذكورة أعلاه بشكل صحيح. (قد يكون من المفيد للشخص أن يوقف حركة ذراعه / ذراعها لفترة وجيزة في كل نقطة.) من المحتمل أن تجد أنه يتعين على شريكك تحريك كائن الاختبار بالقرب من كائن التركيز بشكل مفاجئ قبل أن يتمكن من القيام بذلك من التفاصيل المختلفة.

جمع المزيد من البيانات عن طريق تبديل الأسلحة أو تبديل الشركاء.

ماذا يحدث هنا؟

شبكية العين - البطانة الحساسة للضوء الموجودة في مؤخرة العين - مليئة بخلايا استقبال الضوء تسمى قضبان و المخاريط. فقط المخاريط حساسة للون. تتجمع هذه الخلايا بشكل رئيسي في المنطقة الوسطى من شبكية العين.

عندما ترى شيئًا ما من زاوية عينك ، فإن صورته تركز على محيط شبكية العين ، حيث يوجد عدد قليل من المخاريط. وبالتالي ، فليس من المستغرب أنك لا تستطيع تمييز لون شيء ما تراه من زاوية عينك.

تنتشر القضبان بشكل متساوٍ عبر شبكية العين ، لكنها أيضًا تصبح أقل كثافة في اتجاه المناطق الخارجية للشبكية. نظرًا لوجود عدد أقل من القضبان ، لديك قدرة محدودة على حل أشكال الأشياء في محيط رؤيتك. (يوضح الرسم البياني أدناه توزيع العصي والمخاريط عبر شبكية العين. انقر للتكبير.)

في وسط مجال رؤيتك توجد منطقة يتم فيها تجميع الأقماع بإحكام معًا. هذه المنطقة تسمى نقرة . تمنحك هذه المنطقة ، التي هي صغيرة بشكل مدهش ، أوضح رؤية لكائن ما. تبلغ كمية مقلة عينك المغطاة بالنقرة بضعة ملليمترات مربعة فقط - على غرار جزء السماء ليلاً الذي يبدو أنه مغطى بالقمر.

يمكنك إظهار هذا التأثير بشكل أكثر بساطة من خلال التركيز على إحدى الكلمات الموجودة في هذه الصفحة بينما تحاول في نفس الوقت إخراج كلمات أخرى إلى اليمين أو اليسار. قد تكون قادرًا على تكوين كلمة أو كلمتين ، اعتمادًا على مدى بُعد الصفحة عن عينيك. لكن المنطقة التي يمكنك رؤيتها بوضوح هي المنطقة المصوّرة بنقرة عينك.

بشكل عام ، أنت لست على دراية بحدود رؤيتك المحيطية. تعتقد أن لديك رؤية واضحة للعالم لأن عينيك دائمًا في حالة حركة. أينما نظرت ، ترى صورة حادة وواضحة.

ومن المثير للاهتمام ، أن رؤيتك المحيطية حساسة للغاية للحركة - وهي خاصية ربما كان لها قيمة تكيفية قوية خلال المراحل المبكرة من التطور البشري. تُظهر الصورة أدناه توزيعًا نموذجيًا للبيانات لهذا النشاط. (قد تختلف الإجابات الفردية.)

الذهاب أبعد

هذه الوجبة الخفيفة هي الأفضل مع شخصين على الأقل. عندما يقترب الشكل الملون من مركز مجال رؤيتك ، يصبح إغراء الغش وتحريك عينيك للنظر إلى الشيء لا يقاوم تقريبًا. يمكن للشريك أن يراقبك ويوقف التجربة عندما تستسلم للإغراء وتحرك عينيك للنظر.


الرؤية في الظلام

مقدمة
هل فكرت يومًا في القيام بنزهة ليلية في الطبيعة؟ هل ستنتظر حتى اكتمال القمر حتى تتمكن من الاستفادة من ضوء الشمس المنعكس من القمر و mdashor هل تفضل أخذ مصباح يدوي؟ هل تعتقد أن الأشجار ستبدو سوداء أو خضراء أو رمادية في الظلام؟ جرب هذا النشاط لفحص رؤيتك الليلية والاستعداد لمغامرتك الليلية التالية!

خلفية
يبدأ البصر عندما يدخل الضوء إلى العين. يؤدي هذا الضوء إلى تنشيط الخلايا الحساسة للضوء في شبكية العين في الجزء الخلفي من العين. نتيجة لذلك ، يتم تكبير الإشارات على طول العصب البصري إلى الدماغ. ثم يستوعب الدماغ الإشارات ، مما يمنحنا تجربة الرؤية.

التلميذ هو الفتحة الموجودة في منتصف مقدمة العين التي تسمح للضوء بالدخول. البشر لديهم تلاميذ مستديرة. تبدو سوداء لأن الضوء لا يفلت تقريبًا من خلالها. الجزء الملون حول التلميذ يسمى القزحية يضبط حجم التلميذ. وتتمثل وظيفتها الرئيسية في تنظيم كمية الضوء التي تدخل العين. في الضوء الخافت يتمدد التلاميذ (يفتحون على نطاق أوسع) بحيث يمكن دخول المزيد من الضوء. قم بالتبديل إلى الضوء الساطع ويتقلص التلاميذ تلقائيًا. هذا هو نتيجة إشارة عصبية يتم إنشاؤها في الجزء الخلفي من العين مما يؤدي إلى تحفيز عضلات القزحية. نظرًا لأن بعض الوصلات العصبية تنتقل إلى العين الأخرى ، ينقبض كلا التلميذين في انسجام تام.

  • مصباح يدوي يضيء الضوء الأبيض
  • مصباح يدوي يضيء الضوء الأحمر (يمكنك أيضًا حمل جسم أحمر نصف شفاف مثل غطاء حاوية طعام أحمر نصف شفاف أمام الفلاش الأبيض لجعله يضيء الضوء الأحمر.)
  • غرفة ذات إضاءة ساطعة (مثل الضوء العلوي) يمكن أن تصبح مظلمة أيضًا (يعمل اللون الأسود تقريبًا بشكل أفضل)
  • أقلام تعليم وأقلام رصاص وأقلام ألوان مختلفة وحقيبة لحملها فيها
  • متطوع او مرآة


تحضير

  • قبل أن نبدأ ، عليك أن تعرف ما هو تلميذ العين. انظر في عين المتطوع أو انظر إلى عينيك في المرآة. الدائرة المظلمة في منتصف العين هي البؤبؤ. في هذا النشاط سوف تقدر حجم التلاميذ.
  • ضع بعض أقلام التحديد وأقلام الرصاص والأقلام في حقيبة ، واحضرها مع المتطوع إلى غرفة مظلمة.
  • اسمح لعينيك بالتكيف مع الظلام لبضع دقائق. كيف هي رؤيتك في الظلام (يشار إليها أيضًا بالرؤية الليلية)؟هل يمكنك رؤية أي شيء ، وإذا كان الأمر كذلك ، فهل يمكنك التعرف على العناصر؟ هل يمكنك وصفها بدقة؟
  • دع & rsquos يختبر: اختر شيئًا من الحقيبة. هل تستطيع أنت ومتطوعك الرؤية جيدًا بما يكفي ليقولوا ما هو الشيء؟ هل يمكن لكلاكما تحديد لون الكائن و rsquos؟
  • كرر الخطوة السابقة بجسم آخر من الحقيبة. هل النتائج متطابقة؟
  • في لحظة سوف تقوم بتشغيل الضوء وتنظر على الفور إلى تلاميذك المتطوعين و rsquos أو تلاميذك في المرآة. هل تعتقد أن أي شيء خاص سيحدث للتلميذ؟
  • قم بتشغيل الغرفة و rsquos ضوء ساطع وراقب التلاميذ بسرعة. ما هو حجمها عندما قمت بتشغيل الضوء للتو؟ ما هو حجمها عندما يكون الضوء مضاءً لفترة من الوقت؟ لماذا تعتقد أن هذا التغيير يحدث؟
  • كيف تقيم رؤيتك عندما يكون هناك الكثير من الضوء؟ لاختبار ذلك ، خذ شيئًا من الحقيبة واحتفظ به في الضوء. هل يمكنك التعرف عليه؟ هل يمكنك رؤية تفاصيل مثل لونها؟
  • أطفئ الضوء ودع عينيك تتكيف مع الظلام.
  • قم بتشغيل المصباح الخاص بك على إعداد الضوء الأبيض. اجعلها قريبة بما يكفي حتى تتمكن من رؤية عيون المتطوعين و rsquos بوضوح ، ولكن احرص على عدم تسليط الضوء عليها أو النظر مباشرة إلى شعاع الضوء. ماذا يحدث لحجم التلميذ عند تشغيل الضوء؟
  • إلى أي مدى يمكنك أن ترى ما يضيء شعاع الضوء الأبيض هذا؟ إلى أي مدى يمكنك رؤية ما هو غير موجود مباشرة في شعاع الضوء؟
  • للاختبار ، خذ شيئًا من الحقيبة واحتفظ به في الضوء. هل يمكنك التعرف عليه؟ هل يمكنك رؤية تفاصيل مثل لونها؟ ماذا يحدث عندما تبقيه بعيدًا عن شعاع الضوء؟
  • كرر الخطوات الأربع السابقة ، ولكن بدلاً من شعاع الضوء الأبيض ، اختر شعاع الضوء الأحمر. هل تتوقع أن تكون رؤيتك مختلفة عندما يكون لديك شعاع أحمر من الضوء بدلاً من الأبيض؟ إذا كان الأمر كذلك ، فكيف ولماذا تتوقع أن يكون مختلفًا؟
  • إضافي: ابحث عن شخص بالغ لمرافقتك في نزهة ليلية إلى منطقة يوجد بها القليل جدًا من التلوث الضوئي. ما مدى سهولة القيام بالمشي ليلاً مع إيقاف تشغيل المصباح ، مع ضبطه على إعداد الضوء الأحمر ومعه في إعداد الضوء الأبيض؟ كيف تختلف التجربة؟ هل يعتمد عدد النجوم التي يمكنك ملاحظتها على ضوء اللون الذي تستخدمه؟
  • إضافي: من خلال ارتداء غطاء للعين على إحدى العينين أثناء تعريض العين الأخرى للضوء الساطع ، يمكنك استكشاف كيف يغير الضوء الساطع في إحدى العينين حجم بؤبؤ العين الأخرى. هل يعمل كلا التلميذين في انسجام تام عندما يتقلصان أو يتوسعان أم يحدث ذلك بشكل مستقل؟

الملاحظات والنتائج
هل تمدد التلاميذ عند تعرضهم لبيئة منخفضة الإضاءة وانكمشوا عندما كان هناك الكثير من الضوء؟ هل كنت قادرًا على التعرف على الأشياء في الضوء الخافت ولكنك غير قادر على التعرف على ألوانها؟ هذا ما صممت من أجله أعيننا.

يتغير حجم بؤبؤ العين لتحسين الرؤية في مجموعة كبيرة من ظروف الإضاءة. عندما يكون هناك ضوء ساطع فتحة أصغر في العين و [مدشور] تلميذ أصغر و [مدش] يحمي الجزء الخلفي من العين من التلف. في الضوء الخافت ، يتمدد التلاميذ للسماح بدخول أكبر قدر ممكن من الضوء. هذا هو السبب في أنك ترى حجم بؤبؤ العين يتغير عندما تتغير ظروف الإضاءة. ومع ذلك ، لا يؤدي الضوء الأحمر إلى تقلص حدقة العين مثلها مثل ألوان الضوء الأخرى ، مما يجعل المصباح الأحمر مثاليًا للاستمتاع بالمناظر الطبيعية الليلية.

تسمح لنا الخلايا الحساسة للضوء في شبكية العين في الجزء الخلفي من العين بالرؤية. للعين البشرية نوعان: المخاريط والقضبان. القضبان فعالة للغاية حيث يمكن لكمية ضئيلة من الضوء أن تطلقها. هم مسؤولون عن رؤيتنا الليلية. يكتشفون الخطوط والتباين والحركة و [مدش] لكنهم لا يستطيعون تمييز اللون. المخاريط مسؤولة عن رؤية الألوان ولكنها تحتاج إلى الكثير من الضوء لتنشيطها. هذا هو السبب في أنه في ظروف الإضاءة الخافتة ، يمكنك التعرف على كائن ولكنك فشلت في اكتشاف لونه.

جلب لك هذا النشاط بالشراكة مع Science Buddies


5 أسباب للعمى الليلي

هناك العديد من الأسباب التي تجعلك تواجه مشكلة في الرؤية في الظلام:

    يمكن أن تجعل من الصعب الرؤية جيدًا على مسافات أطول في الظلام ، خاصة إذا لم يكن لديك نظارات أو عدسات لاصقة قوية بما يكفي. & # 8220 في هذه الحالة ، قد تكون الوصفة الطبية الجديدة هي كل ما هو ضروري لتصحيح مشكلتك ، & # 8221 دكتور روث.
  1. يمكن أن تسبب بعض الأدوية أيضًا مشاكل مؤقتة في الرؤية الليلية. & # 8220 بعض الأدوية يمكن أن تغير حجم تلاميذك ، مما قد يجعل من الصعب رؤيتها في ظروف الإضاءة المنخفضة ، & # 8221 يشرح الدكتور روث. & # 8220 هناك أيضًا أدوية تعمل على إبطاء قدرة العين على التكيف من الظروف الساطعة إلى ظروف الإضاءة الخافتة. يتسبب هذا في عدم قدرة مؤقتة على الرؤية في الظلام حتى تصبح العين قادرة على التكيف. & # 8221 تحدث إلى طبيبك إذا كنت & # 8217 لديك قلق بشأن كيفية تأثير الأدوية الخاصة بك على رؤيتك. ، التي تحجب العين والعدسة الطبيعية # 8217s ، هي سبب آخر يمكن علاجه لمشاكل الرؤية الليلية. "عندما يتشكل الساد ، يمكن أن يدخل ضوء أقل إلى العين ، مما يعني أنك ستحتاج إلى مزيد من الضوء لرؤيته. & # 8220 الأشخاص المصابون بإعتام عدسة العين كثيرًا ما يشكون من صعوبات القيادة ليلاً ، والوهج مع اقتراب المصابيح الأمامية ، وصعوبة القيادة في المطر بسبب انخفاض حساسية التباين. & # 8221 يقول الدكتور روث. & # 8220 جراحة لإزالة الساد يمكن أن تحل هذه المشكلة. & # 8221 ، مثل نقص فيتامين أ ، يمكن أن تقلل من قدرتك على الرؤية في الظلام. يقول الدكتور روث: "يمكن اختبار مستويات فيتامين (أ) من خلال فحص دم بسيط ويمكن عكسها بالعلاج". غالبًا ما تساعد إضافة الأطعمة الغنية بفيتامين أ - مثل الجزر ومنتجات الألبان والماكريل - في استعادة الرؤية الليلية. هو أحد الأمراض الوراثية العديدة التي تسبب عجزًا دائمًا في الرؤية الليلية. نظرًا لأن هذه الحالة وراثية ، يمكن أن تؤثر على الأطفال وكذلك البالغين. يؤدي التهاب الشبكية الصباغي إلى تدهور الشبكية ، وهي جزء من العين يستشعر الضوء. إذا كنت تعاني من هذا المرض النادر ، فقد تواجه صعوبة في الالتفاف لأنه يؤثر أيضًا على الرؤية المحيطية ويمكن أن يسبب مشاكل في ظروف الإضاءة العادية. هناك تعديلات على نمط الحياة يمكنك إجراؤها ، ولكن للأسف لا يوجد علاج فعال لوقف أو علاج التهاب الشبكية الصباغي.

كم من الوقت تستغرق أعيننا للتكيف الكامل مع الظلام؟

بادئ ذي بدء ، من المستحيل رؤية أي شيء على الإطلاق المجموع الظلام. الظلام الدامس يعني غياب الضوء ، وأعيننا تعتمد على الضوء للرؤية. مع ذلك ، من النادر جدًا أن تكون في ظلام دامس ، حتى في الليل. أضواء المدينة المنعكسة من السحب ومصابيح السيارات الأمامية والقمر والنجوم وحتى وهج سماء الليل نفسها كلها تملأ الليل بضوء خافت. معظم تجاربنا مع الظلام هي في الواقع حالات من الظلام الجزئي حيث لا يزال هناك قدر ضئيل من الضوء. مع الوقت الكافي ، يمكن لأعيننا التكيف ورؤية المستويات المنخفضة من الضوء الموجودة في الظلام الجزئي.

تستغرق عيون الإنسان عدة ساعات لتتكيف تمامًا مع الظلام وتصل إلى حساسيتها المثلى لظروف الإضاءة المنخفضة. يتم تحقيق أسرع مكاسب في حساسية الرؤية في الدقائق القليلة الأولى بعد التعرض للظلام. لهذا السبب ، يعتقد الكثير من الناس أنه بعد بضع دقائق فقط ، وصلت أعينهم إلى ذروة حساسيتها. لكن بعد عدة ساعات من التعرض للظلام ، تستمر عيون الإنسان في التكيف وتحقيق مكاسب صغيرة في الحساسية.

هناك العديد من العوامل التي تساهم في تكيف أعيننا مع الظلام. كما هو موضح في الكتاب المدرسي Optometry: Science Techniques and Clinical Management ، الذي حرره مارك روزنفيلد ونيكولا لوجان ، فإن اللاعبين الرئيسيين الثلاثة في التكيف المظلم هم التلميذ ، والخلايا المخروطية ، والخلايا العصوية.

التلميذ هو الفتحة المظلمة بالقرب من مقدمة العين والتي تسمح للضوء بالدخول إلى عينك بحيث يمكن للضوء أن يشكل صورة على الظهر (الشبكية). تحتوي القزحية التي تحيط بالتلميذ على عضلات تتحكم في حجم بؤبؤ العين. عند مواجهة ظروف الإضاءة المنخفضة ، تقوم القزحية بتوسيع التلميذ على أوسع نطاق ممكن. يسمح هذا التمدد بدخول أكبر قدر ممكن من الضوء إلى العين حتى يتم تعزيز الحساسية. لا تستغرق مساهمة التلميذ في التكيف المظلم سوى بضع ثوانٍ إلى دقيقة حتى تكتمل.

الخلايا المخروطية على طول الشبكية هي المسؤولة عن رؤية الألوان. على غرار شبكة البكسل في الكاميرا الرقمية ، تكتشف مجموعة مكانية واسعة من الخلايا المخروطية على طول شبكية العين الأجزاء المختلفة من الضوء الملون التي تشكل الصورة التي نراها. تحتوي عيون الإنسان على خلايا مخروطية تكشف عن اللون الأحمر والأخضر والأزرق. يختبر البشر جميع الألوان الأخرى الموجودة كمزيج من الأحمر والأخضر والأزرق. يمكن أن تتكيف الخلايا المخروطية نفسها مع الظلام الجزئي. تحتوي الخلايا المخروطية على رودوبسين ، وهو واحد من العديد من المواد الكيميائية الحساسة للضوء. يعتبر رودوبسين شديد الحساسية للضوء وهو المادة الكيميائية الأساسية التي تستخدمها المخاريط عند الرؤية في ظروف الإضاءة المنخفضة. تكمن المشكلة في أن رودوبسين حساس جدًا للضوء لدرجة أنه في ظل مستويات الضوء العادية ، فإن الضوء يشوه ويبطل (التبييض الضوئي) هذه المادة الكيميائية. معظم اليوم ، عندما نتجول في الضوء الطبيعي ، يتم تعطيل رودوبسين في أعيننا. عند التعرض للظلام ، يكون رودوبسين قادرًا على التجدد وإعادة التنشيط ، ويصبح حساسًا مرة أخرى للضوء ويحسن رؤيتنا الليلية. لكن عملية التجديد هذه تستغرق وقتًا. تستغرق الخلايا المخروطية حوالي 10 دقائق للتكيف مع الظلام.

أخيرًا ، الخلايا العصوية في أعيننا مسؤولة عن الرؤية بالأبيض والأسود. هم الضاربون بشدة عندما يتعلق الأمر بالرؤية في ظروف الإضاءة المنخفضة. تحقق العصي في أعيننا هذه الرؤية الليلية الرائعة من خلال عدة آليات:

  1. تحتوي خلايا القضيب ، مثل المخاريط ، على مادة رودوبسين ، وهي مادة كيميائية شديدة الحساسية للضوء. في الواقع ، تعتمد خلايا القضيب بشكل أكبر على رودوبسين أكثر من الخلايا المخروطية ، مما يؤدي إلى أن تكون كل خلية قضيب مفردة أكثر من 100 إلى 1000 مرة من حساسية الخلية المخروطية المفردة بمجرد تكييفها بالكامل.
  2. عدد العصي على شبكية العين (100 مليون) أكثر بكثير من عدد المخاريط (5 ملايين).
  3. تتصل عدة قضبان بنفس إشارة الخرج (نفس العصبون الداخلي). تسمح هذه الحقيقة باكتشاف مستويات منخفضة من الضوء على حساب دقة الصورة.
  4. تستجيب القضبان للضوء ببطء (تجمع الضوء على مدى فترات زمنية طويلة). تعني هذه الاستجابة البطيئة أنه يمكن اكتشاف مستويات منخفضة من الضوء على حساب استشعار التغيرات السريعة في الوقت المناسب.

تستغرق الخلايا المخروطية عدة ساعات حتى تصبح مظلمة تمامًا. يعرف علماء الفلك بالعين المجردة هذه الحقيقة جيدًا. سوف يمنحون أعينهم عدة ساعات للتكيف بدلاً من بضع دقائق من أجل تعظيم رؤيتهم للنجوم الخافتة. باختصار ، عند التعرض للظلام ، يتوسع تلاميذنا في غضون ثوانٍ ، وتتكيف مخاريطنا في غضون 10 دقائق ، وتتكيف قضباننا تمامًا بعد عدة ساعات.


أفضل إصدار لي التالي: كيف نعيش إلى الأبد

لإعادة مراجعة هذه المقالة ، قم بزيارة ملفي الشخصي ، ثم اعرض القصص المحفوظة.

لإعادة مراجعة هذه المقالة ، قم بزيارة ملفي الشخصي ، ثم اعرض القصص المحفوظة.

أبراج جورج تشيرش فوق معظم الناس. لديه لحية رمادية طويلة لمعالج من ميدل ايرث ، وعمل حياته - دس وحث الحمض النووي والتنقيب في أسرار الحياة - ليس بعيدًا عن عالم حيث السحر العميق حقيقي. يرأس عالم الوراثة البالغ من العمر 63 عامًا واحدًا من أكبر مختبرات الأحياء الأكاديمية وأفضلها تمويلًا في العالم ، ويقع مقره في الطابق الثاني من مبنى الأبحاث الجديد الضخم من الزجاج والفولاذ في كلية الطب بجامعة هارفارد. كما أنه أعار اسمه كمستشار أو داعم لعشرات المشاريع والاتحادات والمؤتمرات والشركات الناشئة والشركات الناشئة التي تشترك في مهمة لدفع الحافة الخارجية لكل شيء ، من الروبوتات الحيوية إلى إعادة الماموث الصوفي. وفي صباح يوم مشبع بالبخار من شهر أغسطس في الصيف الماضي ، يريد أن يتحدث معي عن الحافة الخارجية لـ لي الحياة.

تشرش هو أحد قادة مبادرة تسمى Genome Project-Write ، أو GP-Write ، والتي تنظم جهود مئات العلماء حول العالم الذين يعملون على تصنيع الحمض النووي لمجموعة متنوعة من الكائنات الحية. لا تزال المجموعة تناقش إلى أي مدى يجب أن تذهب في تصنيع الحمض النووي البشري ، لكن تشيرش - يقف في مكتبه مرتديًا معطفًا رياضيًا مجعدًا ، خلف المنصة النحيلة التي يستخدمها كمكتب - يقول إن مختبره قد اتخذ بالفعل قراره بشأن هذه المسألة: "نريد توليف نسخ معدلة من جميع الجينات في الجينوم البشري في السنوات القليلة المقبلة."

تتمثل خطته في تصميم وبناء سلاسل طويلة من الحمض النووي البشري ، ليس فقط عن طريق قص ولصق إصلاحات صغيرة - وهي ممارسة روتينية الآن ، بفضل التقنيات الحديثة مثل Crispr التي تسمح للعلماء بتحرير الحمض النووي بتكلفة زهيدة وبسهولة - ولكن عن طريق إعادة كتابة الامتدادات الحرجة للكروموسومات يمكن بعد ذلك ربطها مع جينوم طبيعي. إذا نجحوا ، فسيكون ذلك بمثابة قفزة مذهلة في الطموح والتعقيد من جينومات البكتيريا والخميرة التي عمل العلماء حتى الآن على تصنيعها. يقول تشيرش: "ما نخطط للقيام به يتجاوز بكثير كريسبر". "إنه الفرق بين تحرير كتاب وكتابة كتاب."

في تأليف الكتاب ، يأمل تشرش في ثني السرد البشري لإرادته. من خلال استبدال النوكليوتيدات المنتقاة - ACGTs للحياة ، المنتشرة في جميع أنحاء الكروموسومات - وتغيير ، على سبيل المثال ، من T إلى A أو C إلى G في عملية تسمى إعادة الترميز ، تتصور الكنيسة أن تكون قادرة على جعل الخلايا مقاومة للفيروسات. "مثل فيروس نقص المناعة البشرية والتهاب الكبد بي" ، كما يقول.

"ونزلات البرد؟" أسأل.

أومأ برأسه نعم ، مضيفًا أنهم أعادوا بالفعل تشفير البكتيريا لتكون مقاومة للفيروسات. يقول: "إنه في بحث نشرناه في عام 2016".

لقد ابتكر تشرش وآخرون ممن يعملون على تصنيع الحمض النووي البشري جهودهم الخاصة داخل GP-Write - مشروع الجينوم البشري - الكتابة ، أو HGP-Write - وآفاق نجاحه تثير قلق علماء الأحياء حول إمكانية علاج الأمراض وإنشاء الهندسة الحيوية الخلايا وربما حتى الأعضاء. ومع ذلك ، فإن النقاد يخدشون رؤوسهم بشأن التحديات التقنية ، والتكاليف الباهظة ، والتطبيق العملي. يقر فرانسيس كولينز ، مدير المعاهد الوطنية للصحة ، بأن تركيب جينوم بشري كامل أمر ممكن ، لكنه لا يرى الهدف تمامًا. يقول: "أعتقد أنه من المحتمل أن يكون ضمن نطاق الاحتمالات ، إذا ما تم توفير الوقت والمال الكافيين ، ولكن لماذا تريد أن تفعل ذلك؟ يمكن الوصول إلى تقنيات مثل Crispr بشكل أكبر في الوقت الحالي ".

هناك أيضًا أخلاقيات استخدام تقنية جديدة قوية للتغلب على الترميز الأساسي للحياة. من الناحية النظرية ، يمكن للعلماء يومًا ما تصنيع الجينوم ، البشري أو غير ذلك ، بنفس سهولة كتابة التعليمات البرمجية على الكمبيوتر ، وتحويل الحمض النووي الرقمي على الكمبيوتر المحمول لشخص ما إلى خلايا حية ، على سبيل المثال ، الانسان العاقل. وإدراكًا منهم للجدل ، أصر تشرش وزملاؤه في HGP-Write على أن سك الناس ليس هدفهم ، على الرغم من أن الجرأة المطلقة في إجراء تغييرات على نطاق الجينوم على الحمض النووي البشري كافية لإثارة الجدل. يقول هنري غريلي ، عالم الأخلاقيات البيولوجية والباحث القانوني بجامعة ستانفورد: "ينزعج الناس إذا وضعت جينًا من نوع آخر في شيء تأكله". "الآن نحن نتحدث عن إعادة كتابة شاملة للحياة؟ سوف يقف الشعر في النهاية. سيتم رفع المداعبات ".

تثير الجماهير أم لا ، تشيرش وفريقه يمضون قدمًا. "نريد أن نبدأ بالكروموسوم Y البشري" ، كما يقول ، مشيرًا إلى الكروموسوم الجنسي الذكري ، والذي أوضح أنه يحتوي على أقل عدد من الجينات من 23 كروموسومًا للشخص وبالتالي يسهل بناؤه. ولا يريد أن يصنع أي كروموسوم Y فقط. يريد هو وفريقه استخدام تسلسل الكروموسوم Y من جينوم شخص حقيقي: لي.

"هل تستطيع فعل ذلك؟" أنا أتألم.

يقول ، "بالطبع نستطيع - بإذن منك" ، مذكّرًا أنه سيكون من السهل الوصول إلى الجينوم الخاص بي ، حيث تم تخزينه رقميًا في أجهزة كمبيوتر مختبره كجزء من جهد أطلقه في عام 2005 بعنوان مشروع الجينوم الشخصي . (الإفصاح: لقد قدمت تقريرًا عن تشرش لأكثر من عقد من الزمان ، وهو يعمل كواحد من 17 مستشارًا غير مدفوع الأجر لسلسلة مؤتمرات صغيرة أديرها تسمى Arc Fusion.) وقد جند PGP الآلاف من الأفراد للمساهمة بجينومهم الكامل في قاعدة بيانات عامة مفتوحة للباحثين وأي شخص آخر ، وقد تبرعت بجينومي لهذا الجهد.

يقول أندرو هيسيل: "أريد أن أكرر أننا لا ننجب أطفالًا بشريين". "هذا العمل سيأتي لجيل آخر."

بإذن مني وبضع نقرات على لوحة المفاتيح الخاصة به ، يمكن لـ Church بسهولة أن يسحب مخططًا رقميًا لكروموسوم Y الخاص بي. ثم يمكن للعلماء في معمله بناء نسخة متماثلة اصطناعية ، فقط مع اختلاف: سيعيدون ترميز تسلسلي ليكون مقاومًا للفيروسات. وإذا نجحوا - وإذا أعادوا ترميز بقية الكروموسومات الخاصة بي وأدخلوها في خلية بشرية ، فسيكون كلاهما ضخمين إذا—they could theoretically implant these “corrected” cells inside my body, where they would hopefully multiply, change how my body functions, and lower my risk for viral infection.

But we’re getting ahead of ourselves. For now, Church merely wants to recode and synthesize my Y chromosome. “It’ll be a little bit of you,” he tells me, “that we’ll keep in a freezer once we’re finished.” An optimized version of me that could one day be thawed out, in a dozen or a hundred or a thousand years. By then, Church explains, scientists might be able to further manipulate my genome. They could make me stronger or faster or maybe even smarter. They could possibly build an entirely new version of me. Who knows what will be feasible in the future?

Synthetic biology, a field dedicated to understanding and reengineering the basic building blocks of life, has its roots in the early 1970s, when a team led by Stanford biochemist Paul Berg made key discoveries about how to cut and paste short DNA sequences from one organism (everything from bacteria to humans) into another (usually a bacterium). This practice allowed scientists to use a microbe’s cell machinery to crank out proteins that in some cases became blockbuster drugs like Epogen, now commonly used to boost red-blood-cell production for those with anemia or on dialysis—or, um, in the Tour de France.

Larger-scale synthetic biology began to take hold in the early 2000s, when scientists began to synthesize complete viruses. In 2010, a team at the J. Craig Venter Institute created the first synthetic, self-­replicating bacterial cell. But nothing so far has approached the ambitions of GP-Write or HGP-Write, which take their names from the original Human Genome Project, the massive endeavor that sequenced the 3 billion pairs of letters making up a human genome at a cost of $2.7 billion to US taxpayers. (A second, private effort led by geneticist Craig Venter was completed for significantly less money.) “We are looking at HGP-Write as the bookend” to the Human Genome Project, says geneticist Andrew Hessel, one of the founders of GP-Write and HGP-Write and a former researcher in the life-science unit of software giant Autodesk.

It was Hessel, a lean 54-year-old with a short, prickly beard, who first told me about this new human genome project three years ago when I visited him in his small, funky cottage near the Russian River in California’s Sonoma County. Sipping red wine around a wood stove on a foggy night, Hessel talked about how he began his career in the late 1990s at Amgen analyzing data from Venter’s private human genome effort. “Even as we were finishing HGP-Read,” he says, using his and his colleagues’ shorthand for the original Human Genome Project, “I was looking forward to seeing how we could start making things. Then I waited and waited, but nothing happened. It was a failure of imagination. The technology had reached a certain point, but no one was moving on it.” He watched as Crispr and other gene-editing techniques emerged, but they didn’t satisfy him.

In 2015, Hessel got more serious about a “write” project and asked Church to help lead the efforts that became GP-Write (and HGP-Write). Church insisted they also enlist another prominent synthetic biologist, New York University’s Jef Boeke, as co-leader. The aims of the group range from facilitating the development of faster and cheaper technologies to developing an ethical framework for synthesizing life. They also have a ready answer to the question posed by Francis Collins and others about synthesizing human genomes—why do it? Hessel, Church, and company talk about the potential for large, genome-wide changes that could be used to develop viral-­resistant cells , synthetic organs, and new drugs. They draw the line, however, at the prospect of activating a synthetic genome in germ-line cells that could alter the genes we pass down to our kids. “We’re not creating human babies—we’re just writing genomes,” Hessel insists. “The real work to make a synthetic baby will be coming for another generation.”

Last May, GP-Write held its first public meeting at the New York Genome Center. The two-day gathering attracted 250 scientists, ethicists, lawyers, educators, citizen scientists, artists, policymakers, and companies from 10 countries, including China, Japan, Britain, Canada, Singapore, and the United States. It featured sessions such as “Isothermal Amplification Array to Extend Synthetic Gene Sequence” and “Anticipating and Understanding Governance Systems.”

With large-scale recoding, you have to wonder whether new and improved genomes would make us someone different altogether.

The conference featured presentations about pilot projects that the organization was considering or endorsing. For instance, Columbia University’s Harris Wang wants to bioengineer mammalian cells that can become nutrient factories churning out the critical amino acids and vitamins we otherwise have to consume through food. Another project, presented by June Medford of Colorado State University, aims to reengineer the genomes of plants so they can filter water or detect chemicals. At the meeting, she showed a slide of an airport gate encircled by explosive-detecting shrubbery.

The GP-Write movement had its latest big breakthrough last year, when Boeke’s lab at NYU announced it had fully synthesized six of the 16 chromosomes that make up the genome of baker’s yeast. Boeke plans to finish all 16 chromosomes by the end of this year. “We’re setting out to untangle, streamline, and reorganize yeast’s genetic blueprint,” he says. “Once we’ve synthesized all 16 chromosomes, we plan to create a functioning yeast cell.”

That will be a remarkable accomplishment, but given that yeast has only about one-­quarter as many genes as people do, it’s still not anything close to the complexity of synthesizing all or even part of a human genome. The longest of the 16 synthesized chromosomes in Boeke’s yeast genome will measure around 1 million base pairs—base pairs being the doubling-­­up of genetic letters into pairs that run along each strand of DNA’s double helix, like steps in a ladder. The Y chromosome comes in at 59 million base pairs, and that’s among the shortest of a human’s 23 chromo­somes. Some scientists have estimated that writing an entire human genome, all 3 billion base pairs, could cost upwards of $3 billion, which is not only prohibitively expensive but probably unnecessary. “We don’t need to rewrite everything” to make serious changes to the chromosome, Church explains. “Just those parts that are important.”

In 2002, as part of WIRED's effort to explain and humanize the newfangled technology of genomic sequencing, I was one of the first people to be genetically sequenced. Back then, my genomic “read” seemed highly personal, claiming to reveal secrets about my health buried deep in my DNA. As part of my reporting, a San Diego–based company named Sequenom tested me for several hundred DNA markers associated with disease risk factors, ranging from Alzheimer’s and hypertension to some forms of cancer. For instance, Sequenom’s scientists found a mutation on my sixth chromosome that was later found to be associated with a slightly higher risk of heart attack. Like a lot of people who’ve had their genomes sequenced through services like 23andMe, I mentally stored this information under “good to know.” Fifteen years (and zero heart attacks) later, as I contemplated my own personal HGP-Write project, I wondered how it would feel to know that a little piece of me was being partially copied and recoded to be new and improved.

After meeting with Church last summer, I sat down with his team in a conference room at Harvard’s Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, a glass and steel marvel situated behind the Church lab’s main building. The team included four researchers and 32-year-old Albanian postdoc Eriona Hysolli. With dark, braided hair and a serious demeanor, Hysolli walked me through how they’ll build my Y chromosome.

Gene synthesis, Hysolli says, starts with the researchers looking up a subject’s digi­tal genetic sequence on a computer. On a glowing screen she shows me a segment of my sequence, which looks like this:

CGG CGA AGC TCT TCC TTC CTT TGC ACT GAA AGC TGT AAC TCT AAG TAT CAG TGT GAA ACG GGA GAA AAC AGT AAA GGC AAC GTC CAG GAT CGA GTG AAG CGA CCC ATG AAC GCA TTC ATC GTG TGG TCT CGC GAT CAG CGG CGC AAG ATG GCT CTA GAG AAT CCC CGA

… and so on. Hysolli explains that, rather than synthesize every nucleotide in my Y chromosome, Church’s team will focus on discrete genetic units, called codons, that determine what kind of amino acids (and, eventually, proteins) are produced by a cell. Each codon is made up of three nucleotides (ATG, for example, or TCC), and by swapping out certain nucleotides in the codons, Hysolli and her team hope to make genome-wide changes that would make a cell resistant to viruses. Once the targeted codons have been recoded, ­Hysolli will send this genetic blueprint to a company, Integrated DNA Technologies, which creates small, custom-made segments of actual DNA called oligo­nucleotides, or oligos. IDT will then freeze-dry the oligos and mail them back to Hysolli. She and her researchers will thaw out the oligos and connect them into longer and longer sequences, with each new segment bringing them one step closer to a completed chromosome.

That’s the plan, anyway, and it will take up to a year to complete the process. In the meantime, I ask Hysolli to provide a less ambitious demonstration of how writing DNA works. At first, she is reluctant to do something that she considers easy (for her). But she soon agrees, and we choose a segment of DNA on my sixth chromosome that contains the mutation revealed by my earlier genetic tests—the one that’s associated with a modest risk of heart attack. To create a new and improved version of this gene fragment, Hysolli corrects the risky mutation on her computer. She also recodes this morsel of DNA to be resistant to viruses, just for good measure. Hysolli then orders the recoded DNA fragment from IDT, which arrives several days later.

Once they receive the fragment, the researchers clone it and drop it into the cytoplasm of بكتريا قولونية, a well-known bacterium. Geneticists frequently do this to take advantage of E. coli’s rapid rate of reproduction. After several days, the بكتريا قولونية have churned out enough of my altered chromosome that Hysolli sends me a picture of the bacteria in a petri dish containing these tiny bits of me. Not that I can actually see the nano-size flecks. But I can view a splattering of green glowing blobs inside the cell. The blobs are produced by a “fluorescent reporter gene,” taken from a jellyfish, that is routinely used by scientists to tag genes in this way. The smudgy, brown-green soup of microbes speckled with glowing dots is a long way from being a recognizable version of me, but it did make me squirm a bit to think that one day I might be looking at a more complete version of my full genome in a petri dish, all gussied up.

The final step in creating this synthetic mini-me is to swap the repaired gene into cells to be stored. Not just any cells, though—scientists use my white blood cells to make what are called induced pluripotent stem cells, meaning that they can grow into any cell in the body. (This bioengineering is done by a Madison, Wisconsin, company called Cellular Dynamics International, which creates stem cells for pharmaceutical and academic outfits.) Someday these cells could be injected into my body in the hope of changing the way my body works, but right now, “getting edited cells in the body is super challenging,” Hysolli says. “For many tissues, you can inject them directly and wait to see if a small percentage survive and thrive. Or you can inject blood stem cells intravenously and see if they home in on the bone marrow or the thymus.” Until that technology matures, these doctored cells of mine will be frozen and stored, to be accessed by me or perhaps someone else in the future.

Church cautions that the technology behind genome-scale synthetic biology remains nascent, difficult, and expensive. GP-Write has yet to raise significant funds, though individual labs like Church and Boeke’s have raised money from govern­ment agencies such as the National Science Foundation and Darpa, the Pentagon’s R&D arm. For now, I’m not holding my breath that I’ll get my recoded Y chromosome­—or the tiny fix that Hysolli made on my chromosome six—implanted in me anytime soon. But they’ll be sitting there in the deep freeze should the raft of ethical, technical, and safety issues ever get worked out.


Is Fear Adaptive?

Fear is commonly thought to have adaptive functions in terms of both cognition and behavioral response. Unlike reflexes and fixed-action patterns, the relationship between stimuli and behaviors mediated by fear is highly flexible and context-dependent (see “modulation of fear”, below). Indeed, this flexibility is part of what distinguishes emotions: they are �oupled reflexes”, central states more akin to personality traits and dispositions. One feature that highlights this are the highly diverse yet integrated sets of psychophysiological, cognitive and behavioral changes that all serve as indices of a central state of fear ( Figure 3 ).

(A) Stimuli and behaviors related to fear, schematized in terms of their complexity and the degree of an organism’s involvement and control (regulation). Fear can be caused by a wide range of stimuli, from basic unconditioned stimuli to complex symbolic knowledge and it can in turn trigger core biological responses as well as be modulated volitionally, at least in humans. Very roughly, the components at the upper left are shared across a wider range of species, whereas the components at the bottom right may be unique to humans. (B) Schematic of some of the effects of a central state of fear on cognition and processing mode. Fear interfaces with nearly all other aspects of cognition.

Yet one of the most prominent behavioral aspects of fear in humans remains of debated functional significance: facial expressions of fear. There is a vast literature regarding emotional facial expressions (probably the single most commonly used class of stimulus in human studies of emotion), with strong claims regarding their cultural universality or relativity, their biological primacy or social construction. But Darwin himself pointed out that emotional expressions could very well have evolved without having adaptive functions: they were, to use his phrase, “serviceable associated habits”, vestiges of behaviors that were once adaptive [17]. This claim is only partly true, however: it might pertain to such behaviors as emotional facial expressions, body postures, and alarm calls, but not to all fear behavior. And even these aspects of fear behavior are certainly adaptive. Their main functions have simply changed, and now they play a primary role in social communication rather than direct protection and defense [62�]. There also are still residual adaptive functions of many of these expressive behaviors, which give us some insight into how they likely evolved. For instance, the wide eyes and flared nostrils typically associated with facial expressions of fear not only communicate fear to other viewers, but in fact alter sensory perception by increasing the eccentricity in the visual field of stimuli that can be detected, and increasing airflow through the nose so as to better detect olfactory cues [65].


Seeing in three dimensions

Our eyes are only able to produce two-dimensional images, but with some clever processing, the brain is able to build these flat pictures into a three-dimensional view. Our eyes are positioned about five centimetres (two inches) apart, so each sees the world from a slightly different angle. The brain compares the two pictures, using the differences to create the illusion of depth.

Jodie Tyley is editor of How It Works Magazine. The latest issue is out now: Issue 77 ‘The Power of Magnetism’. Subscribe for your copy here


شاهد الفيديو: اقسم لكم هذه الطرق المخفية ستمنحك ذكاء الثعلب ودهاء الذئب. سر لا يعلمه 99% من الناس (كانون الثاني 2022).