De to varianter er helt ens med hensyn til antallet af atomer og bindinger, men molekylernes form er forskellig. Trans-molekylet er lidt mere ”vinklet” mens  cis-formen er mere ”lige” som vist på figuren. Forskellen skyldes, at den kemiske binding mellem kulstofatomerne 11 og 12 ikke peger i samme retning for cis- og trans-retinal.

Selve synsprocessen går i gang når et lysglimt går igennem øjet og rammer nethinden. På nethinden sidder cis-retinal molekylerne, iøvrigt pakket godt ind af en molekylær struktur kaldet Rhodopsin, der prøver at beskytte retinal molekylerne mod omgivelserne. Når cis-retinal rammes af lyset absorberes dette og molekylet bringes til en eksiteret tilstand, dvs en tilstand med høj energi. Når et molekyle absorberer lys bliver den energi, der er gemt i lyset konverteret til molekylær energi. Det eksiterede cis-retinal molekyle kan nu komme af med energien gennem flere mulige processer:

1) skifter form og blive til trans-retinal

2) udsender lys: fluorescens

3) støder sammen med andre molekyler, hvorved energien forsvinder

Den første proces, 1) er afgørende for synsprocessen:
Når der dannes et trans-retinal molekyle, vil dette blive opdaget af nogle større biologiske molekyler, receptorer, som derefter vil videresende et elektrisk signal til hjernen med besked om, at der er lys. Trans-retinal er meget stabilt og når først det er dannet, kan vi være nogenlunde sikre på at hjernen får besked om lyset. Når trans-retinal har udført sin mission træder der en række komplicerede enzymatiske processer i gang, igen med leveren involveret, og efter et stykke tid er cis-retinal gendannet og klar til at stå til rådigheden for synsprocessen.

Skal vores syn således være optimeret er det meget vigtigt at de to andre processer ikke spiller nogen rolle i de-aktiveringen af cis-retinal. Med andre ord, hvis for mange af cis-retinal molekylerne taber deres energi gennem udsendelse af lys eller varme, så mister vores syn effektiviteten og vi skal bruge meget lys for overhovedet at se noget. Når et molekyle har meget nemt ved at absorbere lys har det også nemt ved at fluorescere, dvs. komme af med energien ved at udsende lyset igen, svarende til proces 2). For cis-retinal går der omtrent 1 nanosekund (10^-9s), hvorefter energien går tabt i form af et udsendt lysglimt.

Som nævnt har naturen gjort meget for at beskytte retinal molekylerne mod omgivelserne og inde i øjet sidder retinal molekylerne bygget ind i en struktur, rhodopsin, der dels virker beskyttende mod omgivelserne og dels sørger for, at signalerne fra trans-molekylerne kommunikeres videre. Trods denne beskyttelse er der rig lejlighed for sammenstød mellem cis-retinal molekylerne og alle de omgivende molekyler, hvilket i øjets tilfælde oftest vil være vand-molekyler. Vandmolekyler er meget små og mobile og er samtidigt meget effektive med hensyn til at fjerne energien fra eksiterede molekyler. Det er svært at gætte på, hvor ofte cis-retinal molekylerne ”støder sammen” med vandmolekylerne, men et sted mellem 10-100 gange på et nanosekund er nok ikke helt galt for proces 3). Og igen, støder et eksiteret cis-retinal molekylen ind i et vandmolekyle er der en stor chance for, at vi går glip af et synsindtryk.

Trods disse meget effektive og hurtige måder, hvorpå cis-retinal kan slippe af med energien uden at efterlade et synsindtryk, så synsprocessen en meget meget effektiv proces. Det skyldes først og fremmest det faktum, at det er en meget hurtig proces. Når cis-retinal eksiteres med lys bliver det omdannes til trans-retinal i løbet af godt og vel 100 femtosekunder (100´10^-15s), eller 0,0001 nanosekund, svarende til en proces, der er 100-1000 gange hurtigere end processerne 2) og 3). Den proces, kaldet en isomerisering, hvor cis-retinal bliver til trans-retinal er med andre ord meget mere sandsynlig end de processer, hvor cis-retinal deaktiveres uden vi ser det. Naturen har altså optimeret synsprocessen ved at gøre den så hurtig som overhovedet mulig

Når cis-retinal absorberer lys betyder det, at en elektron i molekylet bringes til en højere energitilstand. Da det er elektronerne, der holder sammen på et molekyle, betyder eksitationen af en elektron også, at nogle af de kemiske bindinger i molekylet svækkes. I cis-retinal er det bindinger mellem kulstofatomer nummer 11 og 12, der svækkes og molekylet kan nu ganske ubesværet og hurtigt skifte form ved at rotere en lille smule omkring C¹¹-C¹² bindingen, hvorved netop trans-retinal molekylet dannes. Samtidigt mister molekylet hurtigt energi, så det ikke ”smutter tilbage”, dvs. processen fra cis-retinal til trans-retinal er både meget meget hurtig og irreversibel.

Der skal ikke ændres meget på molekylets struktur før denne meget effektive cis-trans isomeriserings proces bremses. Der findes eksempler på genetiske fejl, dvs. mutationer, der ændrer en lille smule på strukturen af retinal og rhodopsin og medfører permanent blindhed. Tilsvarende ses der også genetiske fejl i de systemer, der skal regenerere cis-retinal, hvilket også kan have drastiske konsekvenser for synsevnen.

Naturen har med andre ord valgt at optimere synsprocessen ved at gøre den så hurtig som overhovedet muligt.  Molekyler, der svømmer rundt som del af en levende organisme udgør et meget meget komplekst system med masser af forskellige vekselvirkninger mellem molekylerne og masser af muligheder for molekylære sammenstød. For de helt centrale processer, dvs. dem der skaffer os energi eller dem, der sætter os i stand til at bruge energien fornuftigt, må vi sikre os de er så effektive som muligt. For at undgå alle de ”unyttige” processer, hvor energien i biologisk forstand går til spilde, så er alle de vigtige molekylære processer derfor meget hurtige, de finder alle sammen sted på femtosekund tidsskala, dvs. på brøkdele af et nanosekund. Det gælder ikke kun for isomerisationen af retinal, der er ansvarlig for synsprocessen, men også for de indledende kemiske processer i fotosyntensen og i hæmoglobin molekylets indfangning af iltmolekylerne. Med andre ord survival of the fittest bygger på survival of the fastest—den hurtigste overlever.

Skrevet af Søren Rud Keiding