Пакетите митохондрии (жолти) во конусите на гофер фоторецептор играат неочекувана улога во попрецизното фокусирање на дифузната светлина (сјај одоздола) (синиот зрак).Ова оптичко однесување може да го подобри видот со тоа што ги прави пигментите во конусните ќелии поефикасни во фаќањето светлина.
Комарец ве набљудува низ низа микролеќи.Ја вртиш главата, ја држиш мувата во рака и го гледаш вампирот со твоето скромно око со една леќа.Но, излегува дека можете да се видите - и светот - повеќе отколку што мислите.
Студијата објавена минатиот месец во списанието Science Advances покажа дека во внатрешноста на окото на цицачите, митохондриите, органелите што ги негуваат клетките, можат да заземат втора улога на микролеќи, помагајќи да се фокусира светлината на фотопигментите, овие пигменти ја претвораат светлината во нервни сигнали за мозокот да толкуваат.Наодите покажуваат впечатливи сличности помеѓу очите на цицачите и сложените очи на инсектите и другите членконоги, што укажува на тоа дека нашите очи имаат латентна оптичка сложеност и дека еволуцијата направила многу древен дел од нашата клеточна анатомија пронајден за нови намени.
Леќата на предниот дел на окото ја фокусира светлината од околината на тенок слој ткиво на задниот дел, наречен мрежница.Таму, фоторецепторните клетки - конусите што го бојат нашиот свет и прачките кои ни помагаат да се движиме при слаба осветленост - ја апсорбираат светлината и ја претвораат во нервни сигнали кои одат до мозокот.Но, фотопигментите се наоѓаат на самиот крај на фоторецепторите, веднаш зад дебелиот митохондријален пакет.Чудниот распоред на овој сноп ги претвора митохондриите во навидум непотребни пречки за расејување на светлината.
Митохондриите се „последната бариера“ за светлосните честички, вели Веи Ли, постар истражувач во Националниот институт за очи и главен автор на трудот.Многу години, научниците за визионерство не можеа да го разберат овој чуден распоред на овие органели - на крајот на краиштата, митохондриите на повеќето клетки се држат до нивната централна органела - јадрото.
Некои научници сугерираат дека овие зраци можеби еволуирале недалеку од местото каде светлосните сигнали се претвораат во нервни сигнали, енергетски интензивен процес кој овозможува енергијата лесно да се пумпа и брзо да се испорачува.Но, тогаш истражувањата почнаа да покажуваат дека на фоторецепторите не им требаат толку многу митохондрии за енергија - наместо тоа, тие можат да добијат повеќе енергија во процесот наречен гликолиза, кој се јавува во желатинозната цитоплазма на клетката.
Ли и неговиот тим дознале за улогата на овие митохондријални трактати со анализа на конусните клетки на гофер, мал цицач кој има одличен дневен вид, но всушност е слеп ноќе бидејќи неговите конусни фоторецептори се несразмерно големи.
Откако компјутерските симулации покажаа дека митохондријалните снопови можат да имаат оптички својства, Ли и неговиот тим започнаа експерименти на вистински објекти.Тие користеа тенки примероци од мрежницата на верверица, а повеќето од клетките беа отстранети освен неколку конуси, така што тие „добија само вреќа митохондрии“ уредно спакувани во мембраната, рече Ли.
Со осветлување на овој примерок и внимателно испитување под специјален конфокален микроскоп дизајниран од Џон Бол, научник во лабораторијата на Ли и главен автор на студијата, најдовме неочекуван резултат.Светлината што минува низ митохондријалниот зрак се појавува како светол, остро фокусиран зрак.Истражувачите направиле фотографии и видеа од светлината која продира во темнината преку овие микролеќи, каде што фотопигментите ги чекаат живите животни.
Митохондријалниот пакет игра клучна улога, не како пречка, туку во доставување колку што е можно повеќе светлина до фоторецепторите со минимална загуба, вели Ли.
Со помош на симулации, тој и неговите колеги потврдија дека ефектот на леќите првенствено е предизвикан од самиот митохондријален сноп, а не од мембраната околу него (иако мембраната игра улога).Необичноста од природната историја на гоферот, исто така, им помогна да покажат дека обликот на митохондријалниот сноп е од клучно значење за неговата способност да се фокусира: во текот на месеците што гоферот хибернира, неговите митохондријални снопови се нарушуваат и се намалуваат.Кога истражувачите моделирале што се случува кога светлината поминува низ митохондријалното снопче на заспаната верверица, тие откриле дека таа не ја концентрира светлината толку многу како кога е испружена и високо наредена.
Во минатото, други научници сугерираа дека митохондријалните снопови може да помогнат да се собере светлина во мрежницата, забележува Џенет Спароу, професор по офталмологија на Медицинскиот центар на Универзитетот Колумбија.Сепак, идејата изгледаше чудна: „Некои луѓе како мене се смееја и рекоа: ‚Ајде, дали навистина имаш толку многу митохондрии за да ја водат светлината?'- таа рече.„Тоа е навистина документ што го докажува тоа - и тоа е многу добро“.
Ли и неговите колеги веруваат дека она што го забележале кај гоферите може да се случува и кај луѓето и другите примати, кои имаат многу слична пирамидална структура.Тие мислат дека тоа дури може да го објасни феноменот првпат опишан во 1933 година наречен ефект Стајлс-Крофорд, во кој светлината што минува низ самиот центар на зеницата се смета за посветла од светлината што минува под агол.Бидејќи централната светлина може да биде повеќе фокусирана на митохондријалниот пакет, истражувачите мислат дека би можело подобро да се фокусира на пигментот на конусот.Тие сугерираат дека мерењето на ефектот Стајлс-Крофорд може да помогне во рано откривање на болести на мрежницата, од кои многу водат до митохондријални оштетувања и промени.Тимот на Ли сакаше да анализира како заболените митохондрии поинаку ја фокусираат светлината.
Тоа е „убав експериментален модел“ и многу ново откритие, рече Јиронг Пенг, доцент по офталмологија на UCLA, кој не беше вклучен во студијата.Ќе биде интересно да се види дали овие митохондријални снопови можат да функционираат и во шипки за да го подобрат ноќниот вид, додаде Пенг.
Барем во конусите, овие митохондрии можеле да еволуираат во микролеќи бидејќи нивните мембрани се составени од липиди кои природно ја прекршуваат светлината, рече Ли.„Тоа е едноставно најдобриот материјал за функцијата“.
Се чини дека липидите ја наоѓаат оваа функција на друго место во природата.Кај птиците и влекачите, во мрежницата се развиле структури наречени капки масло кои служат како филтри за боја, но се смета дека функционираат и како микролеќи, како што се митохондријалните снопови.Во голем случај на конвергентна еволуција, птици кои кружат над главата, комарци зујат околу нивниот прекрасен човечки плен, ова го читате со соодветни оптички карактеристики кои еволуирале независно - адаптации кои привлекуваат гледачи.Тука доаѓа јасен и светол свет.
Забелешка на уредникот: Јиронг Пенг ја доби поддршката од стипендијата Клингенштајн-Симонс, проект делумно поддржан од Фондацијата Симонс, која исто така го финансира ова независно уредувано списание.Одлуката за финансирање на Фондацијата Симонс не влијае на нашето известување.
Корекција: 6 април 2022 година Насловот на главната слика првично погрешно ја идентификуваше бојата на митохондријалните снопови како виолетова наместо жолта.Виолетовото боење е поврзано со мембраната што го опкружува пакетот.
Списанието Quanta ги модерира критиките за да промовира информиран, значаен и цивилизиран дијалог.Коментарите кои се навредливи, богохулни, самопромоција, погрешни, некохерентни или надвор од темата ќе бидат отфрлени.Модераторите се отворени за време на нормалното работно време (време во Њујорк) и можат да прифаќаат само коментари напишани на англиски јазик.
Време на објавување: 22.08.2022 година
