De vraag hoe het ‘zien’ tot stand komt is niet alleen erg boeiend maar ook enorm moeilijk te beantwoorden. Vanaf de oudheid hebben bijna alle filosofen er over nagedacht en hebben alle natuuronderzoekers het onderzocht. Het is te gemakkelijk om te denken dat een plaatje van wat je ziet (op dit ogenblik dus deze letters) als een soort film naar je hersenen gaat om daar bekeken te worden. Dat gebeurt niet: al in het oog zelf worden de signalen voorbewerkt.
Als een netvliescel het zelfde ziet als een naburige cel, wordt vrijwel niets doorgegeven, maar als hij iets verschillends ziet, wordt er een extra signaal meegegeven. Hetzelfde gebeurt in de tijd: als de cel hetzelfde ziet als even daarvoor dooft het signaal uit, een veranderend signaal wordt versterkt. leder weet dat uit de natuur: een dier dat door de kleur niet opvalt is onzichtbaar totdat het zich beweegt.
De kleur van chemie
Dit artikel is afkomstig uit het hoofdstuk ‘Kleuren zien’ uit de VU-uitgave ‘De kleur van chemie’, een bundeling van informatieve brochures voor havo/vwo scholieren.
Hoeveel invloed de hersenen op het zien hebben, wordt prachtig geïllustreerd door de proef met de blinde vlek. De blinde vlek is de plaats waar de gezichtszenuw het oog verlaat, daar is het netvlies ongevoelig. Als je met het rechter oog op leesafstand naar het kruisje kijkt, komt de ronde cirkel op de blinde vlek en wordt onzichtbaar. Je ‘ziet’ nu de zwarte kleur op de plaats waarvan je weet dat er wit is.
Als je daarna een potlood of iets anders voor de witte cirkel houdt, zie je het hele voorwerp. Dus ook het stukje op de witte cirkel dat je eigenlijk niet kunt zien. Je hersenen vullen het ontbrekende kennelijk zelf aan: je ziet iets wat je beslist niet zien kunt. Daarom zie je normaal de blinde vlek ook niet: de hersenen vullen de ruimte zelf in, zoals ze dat ook doen met alle gebieden die niet veranderen of waar niet veel bijzonders opvalt. Je zou kunnen zeggen dat veel van wat je ziet, een fantasie van de hersenen is.
De chemie van het zien
De zenuwcellen van de gezichtszenuw transporteren dus allerlei signalen naar de hersenen, maar hoe worden deze zenuwen geprikkeld ? Dat kan alleen maar door een scheikundige reactie gebeuren. Na lang zoeken is inmiddels duidelijk welke reactie het is.
Het blijkt een reactie te zijn die al bekend was van tomaten- en worteltjeskleurstoffen. Daarin zit een gele kleurstof die door bestraling tijdelijk kan veranderen in een rode kleurstof. De ruimtelijke structuur aan weerskanten van een dubbele binding verandert daarbij. De scheikunde heeft voor die verschillende structuren de woorden cis en trans bedacht.
In het oog gebeurt precies hetzelfde met een molecuul dat erg veel op deze tomaten- en worteltjeskleurstof lijkt. Het heet retinal. Retinal beschikt over heel veel dubbele bindingen. Een dubbele binding is niet vrij draaibaar zoals een gewone binding: dat wordt veroorzaakt door twee extra elektronen in die dubbele binding.
Als het molecuul geraakt wordt door een lichtstraal (een foton), verliezen deze bijzondere elektronen even hun taak, zodat de binding een halve slag kan draaien voordat hij weer vastgezet wordt. Hierdoor krijgt het molecuul een heel andere vorm: de bocht in het molecuul gaat er uit en het molecuul strekt zich.
Door de vormverandering van retinal verandert ook de vorm van het eiwit waar het retinal aan vast zit. De kettingreactie die hiervan het gevolg is, zorgt voor het in gang zetten van het zenuwsignaal. Daarna remt het proces zichzelf en wordt de beginsituatie weer hersteld.
Deze terugreactie gaat vrij langzaam: na vijf minuten is de helft van alle geraakte retinalmoleculen weer teruggevormd, na een half uur vrijwel alles.
Deze snelheid is mooi te meten als je even in de zon kijkt. Bijna alle cellen in het getroffen gebied op het netvlies zijn dan aangeslagen, en kunnen niets meer waarnemen. Je bent dan even ‘blind’, totdat het oorspronkelijke retinal weer teruggevormd is.
Kleurenblind
De moderne inzichten over de werking van het oog bieden ons ook de verklaring voor het verschijnsel kleurenblindheid. Als je ergens naar kijkt, vallen de lichtstralen van dat voorwerp achterin het oog op het netvlies. Daarin zitten drie soorten kegelvormige cellen, die elk òf voor rood, òf voor groen òf voor blauw licht gevoelig zijn. Bij kleurenblinden werkt één van deze soorten cellen niet.
Kleurenblindheid komt vrij veel voor: 8% bij mannen en 1% bij vrouwen. De meesten zijn rood-kleurenblind, sommigen zijn groen-kleurenblind en heel zeldzaam is blauw-kleurenblindheid. Dit betekent dat gemiddeld in elke schoolklas één leerling zit die kleurenblind is.
Als het donker wordt, vervagen de kleuren omdat de kegelvormige cellen ophouden met werken. Gelukkig bezit ons netvlies ook nog staafvormige cellen. Die zijn bij schemering actief. Staafjes zijn meer dan honderdmaal gevoeliger dan kegeltjes, maar spelen geen rol bij kleuren zien. Een staafje is zo gevoelig, dat het kan reageren op één enkel foton, dat is de kleinste hoeveelheid licht die er bestaat. Staafjes raken dan ook snel overbelast. Overdag, als er veel licht is, zijn ze nauwelijks werkzaam. Dan spelen ze alleen nog een rol in het ‘perifere’ gezichtsveld, het zien-van-opzij.
Knalrood is geen stemmig grijs
De 18e eeuwse Engelse chemicus John Dalton, bekend om zijn atoomtheorie, was een eigenaardig heerschap. Op begrafenissen, waarbij iedereen in stemmig grijs of zwart verscheen, kon hij in knalrode kleren komen. Daarmee maakte hij minstens zoveel indruk als met z’n atoomtheorie… Dalton was kleurenblind: hij kon geen rood zien. Hij schaamde zich daar helemaal niet voor, maar onderzocht vol enthousiasme het verschijnsel kleurenblindheid. Hij schreef er een dik boek over.
John Dalton (1766-1844) werd beroemd door zijn atoomtheorie: alle enkelvoudige stoffen (elementen) bestaan uit atomen, en alle samengestelde stoffen (de verbindingen) bestaan uit moleculen.
Ideaal was Daltons theorie niet, want waaróm verschillende atoomsoorten samen moleculen vormen en wat de atomen in moleculen bij elkaar houdt, dat kon zijn theorie niet verklaren. Toch heeft Daltons atoomtheorie een enorme invloed gehad.
Meer op Kennislink over kleurenblindheid: Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/kleurenblind/index.atom", “max”=>"5", “detail”=>"minder"}
Vrije Universiteit Amsterdam
Het boek ‘De kleur van chemie’ werd in 2007 uitgegeven door de Faculteit der Exacte Wetenschappen van de Vrije Universiteit Amsterdam (Afdeling Scheikunde en Farmaceutische Wetenschappen). Het is een geactualiseerde bundeling van informatieve brochures voor havo/vwo scholieren. Ze belichten de rol van de scheikunde op tal van gebieden.