¿Cómo deben estar dispuestos los ojos que pueden ver objetos microscópicos?

El fenómeno de la "visión microscópica" (principalmente según la historia de NS Leskov "Lefty") es una agudeza visual asombrosa, por ejemplo, algunos molinillos pueden ver espacios de hasta 0,0005 mm, mientras que la gente común solo tiene hasta 0,1 mm. El artista distingue entre cambios iguales a 1/60-1/150 del tamaño del objeto representado.

Y entonces, ¿cómo se deben cambiar los ojos de mi persona modificada genéticamente para que pueda distinguir desde objetos muy pequeños?, hasta organismos unicelulares, que se sabe que varían en forma y tamaño, que van desde las 0,3 micras.

Nota: Probablemente debería dividir este tema en dos partes, dependiendo del desarrollo de la visión microscópica: primero, dónde esta habilidad no debería interferir con la visión de objetos a distancia al nivel actual, y dónde esta habilidad es una prioridad, por lo que puede superponerse a otras habilidades visuales.

¿Qué tamaño tiene el microorganismo específico que desea ver? Por ejemplo, un Paramecium grande mide aproximadamente 330 µm (0,3 mm), lo que se encuentra cómodamente dentro del rango de visión normal.
¿Qué tan grande (o qué tan pequeño) es el detalle más pequeño que necesita ver? (Y te falta la parte "hasta ..." después de "desde".)
Cuanto más pequeño mejor, pero sería bueno que el límite aceptable comenzara con el tamaño de las células sanguíneas (eritrocitos) u otras células del cuerpo humano.
¿Cuánta visión a escala macro estás dispuesto a ceder?
¿Te das cuenta de que el ojo mismo está hecho de células? ¿Incluyendo la córnea? El principal problema de poder ver células individuales es que su ojo no puede ver más allá de sus propias células. Por lo que sabemos, nuestros ojos tienen la resolución para ver objetos más finos que 0,01 mm, pero el cerebro los elimina solo para que la vista sea útil.

Respuestas (2)

Pueden ver los rayos UV, aunque...

Si son para ver detalles de talla 0.3   m metro mientras sostiene un objeto cerca de su cara (digamos 15   C metro de distancia), requieren una resolución angular de θ C = 2 × 10 6   radical . Menor θ significa una mejor resolución. La resolución limitada por difracción de una apertura circular (como un ojo) es

θ = 1.22 λ D

Dónde λ es la longitud de onda de la luz que se refleja, y D es el diámetro de la abertura. Introduciendo los valores λ = 550   norte metro (longitud de onda para la cual los humanos tienen la mayor sensibilidad) y D = 8   metro metro (estimación optimista para una pupila humana dilatada, es decir, por la noche), encontramos

θ 0 = 8 × 10 5   radical

Lo que podemos pensar vagamente como el 'límite de difracción teórica' para la visión sin ayuda. Usando D = 3   metro metro (alumno humano durante el día), encontramos la respuesta del 'libro de texto' de θ 0 = 30 × 10 5   radical .

Conseguir θ C = 2 × 10 6 radical , usando la misma luz, λ = 550   norte metro , tu gente requeriría ojos de diámetro D = 34   C metro , lo cual es poco práctico. Acuerdo D = 8   metro metro , encontramos λ = 20   norte metro , que está dentro de la parte ultravioleta lejana (UV) del espectro. Por lo tanto, pueden lograr la resolución si sus ojos son sensibles a la parte adecuada del espectro UV .

Algunos animales tienen células cónicas que son sensibles a los rayos ultravioleta , aunque no tanto como lo necesitaría su gente. Tal vez cuando necesitan mirar algo pequeño, lo iluminan con una lámpara ultravioleta en una habitación que de otro modo estaría oscura. También verían el mundo de manera diferente si también son sensibles a los rayos UV cercanos: puede tener una idea de eso buscando "fotografía de película UV".

... Es posible que no quieran

La luz ultravioleta lejana es dañina: se usa para esterilizar cosas. Creo que aquí es donde debe estar la mayoría de los 'movimientos de manos modificados genéticamente' . Sus ojos no pueden bloquear los rayos UV, pero también deberían poder sobrevivir. Tal vez las células de sus ojos tengan modificaciones que permitan una reparación rápida después de la exposición a los rayos UV.

Aquí hay una correlación interesante que quizás desee explorar: cuanto más peligrosa es la luz, mejor es la resolución. Los rayos ultravioleta con una longitud de onda más baja son menos dañinos, pero permiten una resolución angular peor: en el ultravioleta cercano mucho menos peligroso, λ 300   norte metro tenemos θ = 4 × 10 5 radical : eso es suficiente para hacer un 6   m metro característica (como un glóbulo blanco) en 15   C metro .

Editar: ¿Qué pasa si sostienen los objetos más cerca que 15   C metro ?

Por pura casualidad, 15   C metro de la cara resulta estar cerca del punto cercano de acomodación visual humana adulta. Aparentemente, los niños pueden enfocarse en objetos a aproximadamente 6.5   C metro , digamos que su gente puede enfocarse en objetos en 5   C metro . Esto lleva a θ C = 6 × 10 6   radical , y una longitud de onda correspondiente de λ = 40   norte metro , todavía en el UV lejano.

¿Cuáles son las limitaciones para colocar el objeto más cerca del ojo? ¿Qué tal ver objetos a 2 cm o incluso a 5 mm? No hay absolutamente ninguna motivación para que un ojo de visión supermicroscópica tenga un campo de visión lo suficientemente amplio (o el enfoque necesario) para ver algo a una distancia real.
@PcMan Buen punto, ¡gracias! No había considerado esto antes, pero resulta que no cambia tanto los números.
La pregunta que me pregunto es: su "límite de difracción teórica" ​​de 300 µrad sugiere la posibilidad de ver objetos de hasta 5 µm de tamaño sin ojos extremadamente exóticos. Sin embargo, los humanos reales obviamente no pueden hacer esto. ¿Qué tendría que ser diferente en el ojo para alcanzar este límite? ¿Está algo biológicamente prohibido por otras razones (por ejemplo, cuán pequeño puede ser un fotorreceptor)?

Hazlo como el Keck:

Observatorio Keck

Los astrónomos tienen un problema similar al tuyo, ya que quieren una alta resolución angular pero luchan por hacer espejos grandes. En cambio, el Keck usa 2 espejos de tamaño razonable y los cruza para obtener una resolución angular mucho mayor.

Si está dispuesto a utilizar manualmente la capacidad de procesamiento de imágenes sobrehumanas, es posible que pueda alcanzar un diámetro ocular efectivo de 30 cm al fusionar los datos visuales de 2 (o más) ojos separados por 30-40 cm, que según la respuesta de Sal da la resolución poder que desea. Si lo combina con la sugerencia de ver en UV cercano, puede relajar este requisito aún más.

¿Te refieres a interferometría? Lo que requeriría no principalmente procesamiento, sino tener ambos ojos rígidamente fijos y espejos en el cráneo. O fibra óptica.
No es exactamente interferometría: creo que Keck usa un algoritmo inteligente para combinar las 2 imágenes. La determinación de la fase puede ser parte de esto, pero eso es posible basándose solo en la imagen (y algunos criterios adicionales, como cómo cambia la intensidad cuando se acerca o se aleja)