Il processo alla base della visione è uno dei fenomeni foto-chimici più rapidi che si conoscano in natura. Dall’istante in cui un fotone - la particella elementare di cui è fatta la luce visibile - colpisce la retina dell’occhio (o meglio una delle sue molecole denominata rodopsina), la prima reazione si conclude in molto meno di un milionesimo di milionesimo di secondo: qualcosa come 0,000000000001 secondi.
"Siamo stati in grado di realizzare un film in tempo reale di questo processo utilizzando una speciale cinepresa che raccoglie i singoli fotogrammi attraverso flash di luce laser ultraveloci, della durata di pochi miliardesimi di milionesimi di secondo", racconta Giulio Cerullo, docente al Politecnico di Milano. E Marco Garavelli dell’Università di Bologna aggiunge: "Combinando le informazioni raccolte con simulazioni teoriche avanzate realizzate con efficienti computer e con complessi programmi di calcolo siamo quindi riusciti a seguire passo passo il velocissimo cambiamento di forma della molecola responsabile della visione umana ed a capire il motivo per cui l’occhio è così sensibile".
L’esperimento ha fornito la prova finora più convincente dell’esistenza di un fenomeno conosciuto come "intersezioni coniche". "I buchi neri sono delle singolarità dello spazio. Le intersezioni coniche possono essere viste come 'buchi neri della chimica': singolarità che mettono in collegamento stati elettronici diversi della materia", raccontano i due studiosi. "Fino ad oggi queste regioni erano state previste solo teoricamente, eludendo ogni tentativo di osservazione diretta. In questa ricerca per la prima volta questi 'buchi neri' sono stati osservati sperimentalmente, dimostrando la fondatezza delle previsioni teoriche. Si tratta di punti che, proprio come in una sorta di 'buco nero', catturano le molecole, accelerandone incredibilmente la reazione chimica e rendendola estremamente efficiente. Questa è, in fondo, la ragione dell’elevatissima sensibilità dell’occhio umano".
Il processo ultraveloce studiato completa il primo passo del complesso meccanismo bio-chimico che conduce fino alla propagazione dell’impulso elettrico al cervello, che permette la visione. Questo meccanismo è estremamente efficiente: basta pensare alla visione notturna dell’uomo e di molti animali, che riescono a percepire anche la luce più flebile nell’oscurità, fattore essenziale per la sopravvivenza. Una sensibilità straordinaria che è possibile proprio grazie all’estrema rapidità della reazione foto-chimica in gioco.
La conoscenza profonda dei meccanismi alla base dei sensori naturali di luce aiuterà, in futuro, a progettare congegni artificiali altrettanto efficienti. Le applicazioni sono molteplici, e vanno da nuovi tipi di memorie ottiche, a motori molecolari azionati dalla luce che alimentano nano-dispositivi, fino ad arrivare, in prospettiva, a congegni artificiali fotosensibili che riproducono il comportamento della retina. Queste ultime però sono applicazioni ancora lontane. Il metodo messo a punto potrà inoltre essere applicato anche a studiare e comprendere i meccanismi di fotoprotezione nel Dna, essenziali per la trasmissione del codice genetico.
Alla ricerca hanno partecipato anche l’Università di Berkeley (USA), l’Università di Oxford (UK) e l’Istituto Max Planck di Mülheim (Germania).
