Simple Methode verleiht Mäusen Infrarotsicht

    Video1. März 2019, 19:36
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    Nanopartikel erweitern das sichtbare Lichtspektrum ohne Nebenwirkungen. Auch beim Menschen würde das funktionieren

    foto: apa / afp / david mcnew
    Nahes Infrarot ja, aber differenzierte Wärmewahrnehmung wie auf dieser Thermografieaufnahme nein, zumindest vorerst nicht. Die Infrarotsicht würde vom Rauschen der eigenen Wärmestrahlung überlagert werden.

    Im Alltag mag es einem nicht auffallen, aber der Großteil der Welt ist für uns praktisch unsichtbar. Das menschliche Sehvermögen nimmt vom gesamten elektromagnetischen Spektrum nur jenen schmalen Bereich wahr, der in etwa zwischen 380 Nanometern (violett) und 780 Nanometern (rot) liegt. Alles, was sich diesseits und jenseits des Regenbogens befindet, bleibt uns dagegen – im Unterschied zu einigen Tierarten – ohne technische Hilfsmittel weitgehend verborgen.

    Nun jedoch haben internationale Wissenschafter im Fachjournal "Cell" einen erstaunlich simplen Weg vorgestellt, den von Natur aus eingeschränkten Sehsinn zu erweitern: Die Forscher injizierten dafür Mäusen eine Substanz in die Augen, die nahes Infrarotlicht in sichtbares Licht verwandelt.

    Infrarot wird grün

    Die Gruppe um Tian Xue von der chinesischen Universität für Wissenschaft und Technologie und Gang Han von der University of Massachusetts Medical School stellte Nanopartikel her, die zwei auftreffende Infrarotphotonen zu einem einzelnen Photon kombinieren, das von den Mäuseaugen registriert werden kann. Konkret wird bei diesem Vorgang elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 980 Nanometern in Licht von 535 Nanometern übersetzt, was sich ungefähr in jenem Teil des Spektrums befindet, der als grün empfunden wird.

    foto: ma et al./current biology
    Die Nanopartikel (grün) verbanden sich mit den Stäbchen (violett) und Zäpfchen (rot) in der Retina der Mäuseaugen.

    Die winzigen Partikel wurden zudem in eine Proteinhülle verpackt, die ihnen dabei half, sich nach der Injektion unter die Retina der Mäuse an deren Lichtrezeptoren zu binden, die Photonen in elektrische Impulse verwandeln. Sobald die Versuchstiere ihr optisches Upgrade erhalten hatten, wurden sie einer Reihe von Tests unterzogen, um herauszufinden, wie sie auf die neu erworbenen Sehfähigkeiten reagieren würden.

    Beim ersten Experiment beobachteten die Forscher zunächst nur, ob sich die Pupillen der Tiere bei Infrarotstrahlung zusammenziehen, was tatsächlich der Fall war. Damit konnte bewiesen werden, dass die Photorezeptoren das Signal der Nanopartikel auch wirklich registrierten.

    Flucht in die Finsternis

    In einer zweiten Versuchsreihe mussten sich die Mäuse zwischen zwei Räumen entscheiden. Einer davon blieb dunkel, der andere wurde mit Infrarotlicht erhellt. Nachdem die Nager normalerweise die Finsternis bevorzugen, wählten jene mit den Nanopartikeln praktisch ausnahmslos die unbeleuchtete Box. Die Vergleichsgruppe ohne erweiterten Sehbereich nahm beide Räume als dunkel wahr und zeigte somit keine Präferenzen.

    Weitere Tests ergaben, dass die Mäuse auch problemlos komplexe Formen in Infrarotlicht wahrnahmen und die Nanopartikel ihren herkömmlichen Sehsinn nicht beeinträchtigten. Auch sonst verursachte die Prozedur keine nennenswerten Nebenwirkungen; wurden die Nanopartikel nicht aufgefüllt, verschwanden sie allmählich aus den Augen der Tiere, bis nach etwas mehr als zehn Wochen keine Spur mehr von ihnen nachweisbar war.

    cell press
    Video: Wie die Wissenschafter Mäuse dazu brachten, Infrarotlicht wahrzunehmen.

    Menschen mit Infrarotblick?

    Kann man mit dieser Methode nun auch den menschlichen Sichtbereich vergrößern? Unter gewissen Einschränkungen ja, meinen die Wissenschafter. "Wir gehen davon aus, dass diese Technologie auch beim Menschen funktioniert", sagt Xue. Grundsätzlich wäre es mit dem Verfahren sogar möglich, UV-Licht oder Wärmesignaturen in der Dunkelheit wahrnehmbar zu machen. Letzterem steht allerdings vorerst noch ein großes Problem im Weg: Mittleres und langwelliges Infrarot dürfte im allgemeinen Rauschen der eigenen Körperwärmestrahlung weitgehend untergehen und man würde wahrscheinlich gar nichts sehen, so Han.

    Die Nahinfrarotsicht allein würde einem Menschen vermutlich jedoch schon eine Welt mit bisher unsichtbaren visuellen Nuancen präsentieren, so die Wissenschafter. Der sternenklare Nachthimmel beispielsweise, mit seinen zahllosen ohne entsprechende Technik verborgenen Infrarotquellen, wäre eine gänzlich neue Erfahrung und könnte den Blick auf eine Seite des Universums jenseits unserer biologischen Beschränkungen eröffnen. (Thomas Bergmayr, 1.3.2019)

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