愿景如何开始

Paul Scherrer Institute PSI 的研究人员破译了光线照射视网膜时首先在眼睛中发生的分子过程。这些过程只需要几分之一万亿分之一秒，对人类视觉来说是必不可少的。该研究现已发表在科学杂志《自然》上。

它只涉及我们视网膜中一种蛋白质的微观变化，而且这种变化发生在非常短的时间内：这是我们光感知和视觉能力的第一步。这也是唯一依赖于光的步骤。PSI 的研究人员在 PSI 的 SwissFEL X 射线自由电子激光器的帮助下，准确地确定了视觉感知过程中第一个万亿分之一秒后会发生什么。

行动的核心是我们的光受体，即蛋白质视紫红质。在人眼中，它是由专门负责感知光的感觉细胞即视杆细胞产生的。固定在视紫红质中间的是一个扭结的小分子：视黄醛，一种维生素 A 的衍生物。当光线照射到蛋白质上时，视黄醛会吸收部分能量。然后它以闪电般的速度改变其三维形式，使眼睛中的开关从“关闭”变为“打开”。这会引发一系列反应，其整体效果是对闪光的感知。

束缚——但又是自由的

但是，当视网膜从所谓的 11-顺式形式转变为全反式形式时，具体会发生什么?“一段时间以来，我们已经知道视网膜转化的起点和最终产物，但到目前为止，还没有人能够实时观察到视觉色素视紫红质的变化究竟是如何发生的，”Valérie Panneels 说，他是一名研究人员。 PSI 生物和化学研究部的科学家。

Panneels 将这个过程比作一只猫先从树上掉下来，但不知何故它的脚安然无恙地着地了。“问题是：猫在摔倒时会采取什么状态，因为它有权让自己用脚着地?”

正如 PSI 科学家发现的那样，“视网膜猫”首先转动身体的中部。对于 Valerie Panneels 来说，当她意识到发生了其他事情时，“尤里卡时刻”就来了：蛋白质吸收了部分光能，短暂地膨胀了一点——“就像我们吸气时胸部膨胀，但很快又收缩。 ”

在这个“呼吸”阶段，蛋白质暂时失去了与位于其中间的视网膜的大部分接触。“虽然视网膜仍然通过化学键与其末端的蛋白质相连，但它现在有旋转的空间。” 在那一刻，该分子就像一条松散的皮带上的狗，可以自由地抽搐。

不久之后，蛋白质再次收缩并牢牢抓住视网膜，只是现在处于不同的更细长的形式。“通过这种方式，视网膜设法自行转动，不受其所在蛋白质的影响。”

最快的自然过程之一

视网膜从 11 顺式扭结形式转变为全反式伸长形式仅需 1 皮秒，或万亿分之一 (10 -12 ) 秒，使其成为自然界中最快的过程之一。

记录和分析这种快速生物过程的唯一方法是使用像 SwissFEL 这样​​的 X 射线自由电子激光器。“SwissFEL 使我们能够详细研究人体的基本过程，例如视觉，”PSI 生物和化学研究部负责人、该研究与 Valérie Panneels 的共同主要作者 Gebhard Schertler 说。

回到猫的类比，这就像用高速相机拍摄它的坠落，但有一个主要区别：SwissFEL 相机的拍摄速度快了百万倍。与大型研究机构合作不仅仅需要按下快门按钮。博士生 Thomas Gruhl 继续在伦敦结构与分子生物学研究所担任博士后研究员，他花了数年时间开发了一种生产能够提供超高分辨率数据的高质量视紫红质晶体的方法。最终，只有这些数据才能在 SwissFEL 以及在 SwissFEL 建成之前在日本的 X 射线自由电子激光器 SACLA 上进行必要的测量。

该实验再次显示了 SwissFEL 在瑞士研究中的重要作用。“它可能会帮助我们在未来想出更多的解决方案，”Gebhard Schertler 说。“除其他外，我们还在开发研究通常不会被光激活的蛋白质动态过程的方法。” 科学家们使用人工方法使这些分子对光有反应：他们要么对结合伙伴进行适当的改变，要么将蛋白质与晶体中的结合伙伴快速混合，以便可以在 SwissFEL 进行检查。无论如何，所涉及的程序肯定比简单地将相机对准从树上掉下来的猫要复杂得多。

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