Melanina este numele pigmentului biologic care determină culoarea generală a pielii și a părului la om. Formele de melanină sunt responsabile de colorare în întreaga lume animală; de exemplu, colorarea aripilor la păsări este produsă de melanină. În plus, celulele care produc melanină, numite melanocite, își pot crește sau micșora nivelul de melanină producția ca răspuns la schimbările din mediul extern (de exemplu, o creștere sau scădere a soarelui expunere).
Deși melanina este încă cunoscută în principal pentru rolul său în fiziologie, cercetătorii au început să investigheze substanță și derivații săi pentru a determina dacă melanina ar putea avea aplicații într-o varietate de industrii.
Sinteza melaninei
Melanina este produsă de celulele melanocite din epidermă sau stratul cel mai exterior al pielii (stratul mai gros și mai dur de dedesubt se numește derm). Aceste melanocite se află în stratul inferior al epidermei, denumit strat bazal sau „strat bazal”. Melanina apare în mai multe subtipuri, cea mai frecventă fiind eumelanina și un tip secundar cunoscut sub numele de feomelanină.
Melanina este o substanță chimică cu o masă moleculară destul de mică (318,3 g / mol, mai puțin de două ori decât cea a glucozei). Formula sa moleculară este C18H10N2O4. Persoanele cu pielea mai închisă la culoare nu au mai multe melanocite decât persoanele cu piele mai deschisă; în schimb, la persoanele cu pielea mai închisă la culoare, o fracțiune mai mare a genelor din melanocite care sunt responsabile de producerea melaninei este activată. Aceasta înseamnă că se produce mult mai multă melanină pe celulă la persoanele cu pielea mai închisă la culoare, nu că persoanele cu pielea mai închisă la culoare au mai multe celule care produc același nivel de producție. Acest lucru are implicații importante în antropologia evolutivă, deoarece sugerează că oamenii europeni cu piele mai deschisă din astăzi împărtășesc strămoși profunde cu oamenii din Africa a căror piele rămâne mai întunecată astăzi datorită diferitelor medii condiții. Mulți oameni din nord-vestul Europei și-au pierdut capacitatea de a dezvolta bronzuri, deoarece există un fir de ADN pe care îl au codurile pentru melanină suplimentară, dar nu mai pot fi activate. Capacitatea acestor oameni de a tolera lumina ultravioletă (UV) în general este redusă brusc.
La examinarea microscopică, eumelanina apare maro, cu aspect cu granulație fină. Substanța nu împrăștie lumina într-o măsură apreciabilă, deoarece ne așteptăm la ceva ce pare întunecat. Granulele individuale de melanină au un diametru maxim de aproximativ 800 nanometri, sau puțin sub o milionime de metru (echivalent, o miimi de milimetru). Aceasta distinge melanina de unii metaboliți comuni ai pigmenților din sânge, care tind să fie mai mari și împrăștie mai mult lumina și sunt de culoare verde, galben sau roșu-maroniu, spre deosebire de maroul simplu al melanină.
Funcția melaninei
Scopul melaninei nu are nimic de-a face cu deșertăciunea umană și tot ce are legătură cu protejarea organismului. Radiația UV de la soare este un cancerigen bine cunoscut și, în condiții de expunere suficient de ridicate, poate duce la o serie de tipuri conexe de melanom, care sunt malignități ale pielii. Melanoamele pot fi fatale; din cei aproximativ 54.000 de americani diagnosticați cu un melanom în fiecare an, aproximativ 8.000 mor din cauza acestuia. Riscul de melanom malign în rândul persoanelor cu ascendență europeană este de 10 ori mai mare decât cel al afro-americanilor.
Unii oameni și animale au deloc foarte puțină melanină în corp. Această afecțiune este cunoscută sub numele de albinism și are ca rezultat ca persoanele afectate să fie mai vulnerabile la daunele cauzate de soarele UV.
Melanina și pigmentarea pielii
Când melanina este produsă în melanocite, acest pigment este ambalat în granule, nu spre deosebire de modul în care clorofila cu pigment verde este ambalată în „recipiente” intracelulare specializate din plante. Când este stimulat de lumina UV, al cărui nivel total crește în majoritatea părților lumii în anumite perioade ale anului, în timp ce scade altele, melanocitele produc granule mai mari și mai mari, permițând pielii oamenilor să se adapteze pe parcursul verii și să devină „bronzate”. La fel de observat, totuși, la unele persoane, această capacitate este limitată genetic și, în unele cazuri, aproape absentă, în timp ce la alte persoane este în esență de prisos. Fără îndoială, ați văzut oameni care sunt predispuși la arsuri solare și probabil că sunteți singuri: Oamenii descriși drept „cu piele deschisă” și care sunt deseori pistruiți cu o nuanță roșie de păr. Astfel de indivizi ca grup au cele mai puțin eficiente apărări împotriva radiațiilor UV și sunt sfătuiți cu special insistența de a evita ieșirea la soare fără protecție solară, care poate filtra radiațiile UV dăunătoare la o cantitate semnificativă măsură.
Pigmentarea pielii și evoluția umană
În timp ce prea puțină melanină din piele poate expune persoanele la un risc mai mare de arsuri solare și piele malignități, persoanele cu niveluri neobișnuit de ridicate de melanină în organism pot fi predispuse la vitamina D deficienta. Acest lucru se datorează faptului că principala sursă a acestei vitamine din organism este de fapt un precursor natural al vitaminei D care este transformat în forma activă a vitaminei sub acțiunea soarelui. Deoarece suprafețele mai întunecate tind să reflecte mai degrabă decât să absoarbă radiațiile UV, persoanele cu pielea mai închisă absorb o fracțiune mai mică din radiația UV la care sunt expuse decât altele. Într-un sens, aceasta reprezintă unul dintre nenumăratele compromisuri evolutive expuse în lumea viețuitoarelor.
Când descendenții oamenilor moderni s-au mutat pentru prima dată în spații deschise de sub acoperișul copacilor pentru a vâna și a căuta apă, s-au expus la mai multă lumină solară. În acest proces, în mod evident, ei au trebuit să poată tolera nu doar mai multă lumină, ci și căldura suplimentară care a dus la aceasta. Pentru a ne menține răcoros în contextul unei expuneri mai mari la soare, acest lucru însemna să putem transpira mai abundent și mai eficient. Pentru a pipera pielea cu o densitate mai mare de glande sudoripare, altceva trebuia să meargă și acel „ceva” era părul. Oamenii au în mod clar părul pe brațe, picioare și trunchiuri (unii considerabil mai mulți decât alții), dar în comparație cu alte maimuțe, oamenii și-au pierdut practic tot părul din corp. Drept urmare, pielea nou transpirantă a primilor oameni a fost lăsată mai susceptibilă de a fi afectată de soare. La rândul său, acest lucru a stimulat creșterea depozitelor de granule de melanină acum observate la latitudini tropicale.
Deficitul de vitamina D a fost menționat ca o consecință nedorită a unei cantități prea mari de melanină în piele. Vitamina D este necesară pentru ca intestinele să absoarbă cel mai eficient elementele de calciu și fosfor. Ambele sunt necesare pentru creșterea și întreținerea corectă a oaselor. Deși unele vitamine D pot fi derivate din surse alimentare, cum ar fi gălbenușurile de ou și anumiți pești, 90 la sută este sintetizat în piele din derivați ai colesterolului. Prin urmare, nu numai că vitamina D este necesară pentru integritatea scheletului, ci poate fi utilă și în prevenirea unor forme de cancer.
Alte utilizări ale melaninei
În 2017, un grup de oameni de știință de la Universitatea din California din San Diego a primit o subvenție de 7,5 milioane de dolari pentru a studia utilizările potențiale ale melaninei despre care au fost teoretizate, dar care nu au fost niciodată urmărite formal. Oamenii de știință implicați în proiect au sperat să învețe succesiunea reacțiilor implicate în sinteza melaninei la un nivel mai profund decât fusese urmărit anterior și să să înțeleagă mai multe despre diferitele tipuri de melanină în sine, în speranța de a continua sinteza substanțelor chimice înrudite cu unele dintre capacitățile de protecție cunoscute melanina are. Abilitatea de a oferi materiale non-biologice unele dintre aceleași protecții de bază împotriva daunelor solare pe care melanina le dă ființelor vii ar fi în mod clar un atu în diferite tipuri de industrii, deoarece deteriorarea solară a vopselei și a diverselor servicii este aproape universală îngrijorare.