錐体細胞とレチナールが感知する色の化学メカニズム
光と物質の相互作用
光の波長はエネルギー量が異なります。波長が長いほどエネルギーは低く、短いほど高くなります。光子（光の最小単位）が物質を通過すると、透過、反射、吸収のいずれかが起こります。物質中の原子や分子が光子のエネルギーと一致するエネルギー準位を持つと、吸収されやすくなります。
可視光
原子は電子で覆われており、電子は様々なエネルギー準位を持ちます。可視光のエネルギーは、電子がある準位から別の準位へ遷移するエネルギー差とほぼ一致しています。そのため、光の色が電子遷移に必要なエネルギーとぴったり合うと、光は吸収され、電子は新たな状態へと移ります。
細胞シグナル伝達
ニューロンは細胞膜にあるイオンチャネルを開閉し、化学物質やイオンの流れで情報を伝達します。特定の分子が構造変化すると原子配置が変わり、他の分子が反応します。酵素カスケードと呼ばれる増幅プロセスにより、微小な信号が細胞全体に拡大され、最終的にチャネルが開きシグナル分子が放出されます。錐体細胞では「光を感知した」という信号が伝わります。
網膜と錐体細胞
人間の目には3種類の錐体細胞があり（4種類の場合はテトラクロミックと呼ばれます）、それぞれ青、緑、黄緑の光を主に吸収します。光が原子内の電子エネルギー差に一致すると最も吸収されますが、錐体細胞での光受容分子はレチナールです。レチナールが光を吸収すると電子がエネルギー遷移し、分子形状が変化します。この形状変化が視覚情報の出発点です。
目の中のレチナール
レチナールは錐体細胞表面のタンパク質「オプシン」に結合しています。光がレチナールを変形させると、レチナールはオプシンから離れ、オプシン自体が構造変化してシグナルカスケードを開始します。1つの光子が約10万個の分子に伝わる信号へと増幅され、最終的にオプシンは別の分子によって元の形に戻ります。変形したレチナールは回収され元の形にリサイクルされ、次の光子を待ちます。
色の違いはなぜ生じるか
同一のレチナール分子が光を吸収するだけでは、異なる色を区別できません。実際には3種類の錐体細胞がそれぞれ微妙に異なるオプシンを持ち、レチナールの電子エネルギー準位を変化させます。これにより、吸収される光子のエネルギーが異なり、結果として人間は3つの色センサーで多様な色を識別できるのです。