Mitochondrijų pluoštai (geltonos spalvos) goferinių fotoreceptorių kūgiuose atlieka netikėtą vaidmenį tiksliau fokusuojant išsklaidytą šviesą (švytėjimą iš apačios) (mėlynas spindulys).Šis optinis elgesys gali pagerinti regėjimą, nes kūgio ląstelėse esantys pigmentai efektyviau fiksuoja šviesą.
Uodas stebi jus per mikrolęšių masyvą.Pasukate galvą, rankoje laikote musės skraistę ir žvelgiate į vampyrą kuklia akimi.Bet pasirodo, kad jūs galite pamatyti vienas kitą – ir pasaulį – daugiau, nei manote.
Praėjusį mėnesį žurnale Science Advances paskelbtame tyrime nustatyta, kad žinduolių akies mitochondrijos, ląsteles maitinančios organelės gali atlikti antrąjį mikrolęšio vaidmenį, padedantį sutelkti šviesą į fotopigmentus. Šie pigmentai paverčia šviesą nerviniais signalais smegenims. interpretuoti.Išvados rodo stulbinančius panašumus tarp žinduolių akių ir vabzdžių bei kitų nariuotakojų sudėtinių akių, o tai rodo, kad mūsų pačių akys turi latentinį optinį sudėtingumą ir kad evoliucijos dėka labai sena mūsų ląstelių anatomijos dalis buvo atrasta naujam panaudojimui.
Priekyje esantis lęšis fokusuoja šviesą iš aplinkos į ploną audinio sluoksnį užpakalinėje dalyje, vadinamą tinklaine.Ten fotoreceptorių ląstelės – kūgiai, nuspalvinantys mūsų pasaulį, ir strypai, padedantys naršyti esant silpnam apšvietimui – sugeria šviesą ir paverčia ją nerviniais signalais, kurie patenka į smegenis.Tačiau fotopigmentai yra pačiame fotoreceptorių gale, iškart už storo mitochondrijų pluošto.Keistas šio pluošto išdėstymas paverčia mitochondrijas iš pažiūros nereikalingomis šviesą sklaidančiomis kliūtimis.
Mitochondrijos yra „paskutinė kliūtis“ šviesos dalelėms, sakė Wei Li, Nacionalinio akių instituto vyresnysis mokslo darbuotojas ir pagrindinis šio straipsnio autorius.Daugelį metų regos mokslininkai negalėjo suprasti šio keisto šių organelių išsidėstymo – juk daugumos ląstelių mitochondrijos prilimpa prie savo centrinės organelės – branduolio.
Kai kurie mokslininkai teigė, kad šie spinduliai galėjo išsivystyti netoli nuo tos vietos, kur šviesos signalai paverčiami nerviniais signalais – tai daug energijos reikalaujantis procesas, leidžiantis lengvai pumpuoti ir greitai tiekti energiją.Tačiau vėliau tyrimai parodė, kad fotoreceptoriams energijai gauti nereikia tiek daug mitochondrijų – jie gali gauti daugiau energijos procese, vadinamame glikolize, kuri vyksta ląstelės želatininėje citoplazmoje.
Lee ir jo komanda sužinojo apie šių mitochondrijų takų vaidmenį išanalizavę goferio kūgio ląsteles – mažo žinduolio, kuris puikiai mato dieną, bet iš tikrųjų yra aklas naktį, nes jo kūginiai fotoreceptoriai yra neproporcingai dideli.
Po to, kai kompiuterinis modeliavimas parodė, kad mitochondrijų pluoštai gali turėti optinių savybių, Lee ir jo komanda pradėjo eksperimentus su tikrais objektais.Jie naudojo plonus voverės tinklainės pavyzdžius, o dauguma ląstelių buvo pašalintos, išskyrus kelis kūgius, todėl membranoje buvo „tik maišelis mitochondrijų“, tvarkingai supakuotas, sakė Lee.
Apšvietę šį mėginį ir atidžiai ištyrę jį specialiu konfokaliniu mikroskopu, kurį sukūrė Johnas Ballas, mokslininkas iš Lee laboratorijos ir pagrindinis tyrimo autorius, radome netikėtą rezultatą.Šviesa, praeinanti per mitochondrijų spindulį, atrodo kaip ryškus, aštriai sufokusuotas spindulys.Tyrėjai padarė nuotraukas ir vaizdo įrašus, kaip šviesa prasiskverbia į tamsą per šiuos mikrolęšius, kur gyvų gyvūnų laukia fotopigmentai.
Li sako, kad mitochondrijų pluoštas atlieka pagrindinį vaidmenį ne kaip kliūtis, bet tiekiant kuo daugiau šviesos į fotoreceptorius su minimaliais nuostoliais.
Naudodamas modeliavimą, jis ir jo kolegos patvirtino, kad lęšio efektą pirmiausia sukelia pats mitochondrijų pluoštas, o ne aplink jį esanti membrana (nors membrana atlieka tam tikrą vaidmenį).Gofero gamtos istorijos keistenybė taip pat padėjo jiems parodyti, kad mitochondrijų pluošto forma yra labai svarbi jo gebėjimui sutelkti dėmesį: mėnesiais goferis žiemoja, jo mitochondrijų pluoštai tampa netvarkingi ir susitraukia.Kai tyrėjai modeliavo, kas atsitinka, kai šviesa praeina pro miegančios žemės voverės mitochondrijų pluoštą, jie nustatė, kad ji ne taip sutelkia šviesą, kaip tada, kai ji yra ištempta ir labai tvarkinga.
Anksčiau kiti mokslininkai teigė, kad mitochondrijų pluoštai gali padėti surinkti šviesą tinklainėje, pažymi Janet Sparrow, Kolumbijos universiteto medicinos centro oftalmologijos profesorė.Tačiau mintis atrodė keista: „Kai kurie žmonės, tokie kaip aš, juokėsi ir sakė: „Nagi, ar tikrai turite tiek daug mitochondrijų, kurios nukreiptų šviesą?- Ji pasakė.„Tai tikrai dokumentas, kuris tai įrodo – ir tai labai gerai.
Lee ir jo kolegos mano, kad tai, ką jie pastebėjo goferiuose, gali nutikti ir žmonėms bei kitiems primatams, kurių piramidinė struktūra yra labai panaši.Jie mano, kad tai netgi gali paaiškinti reiškinį, pirmą kartą aprašytą 1933 m., vadinamą Stiles-Crawford efektu, kai šviesa, einanti per patį vyzdžio centrą, laikoma ryškesne nei šviesa, sklindanti kampu.Kadangi centrinė šviesa gali būti labiau nukreipta į mitochondrijų pluoštą, mokslininkai mano, kad ji galėtų būti geriau sutelkta į kūgio pigmentą.Jie teigia, kad Stiles-Crawford efekto matavimas galėtų padėti anksti nustatyti tinklainės ligas, kurių daugelis sukelia mitochondrijų pažeidimus ir pokyčius.Lee komanda norėjo išanalizuoti, kaip sergančios mitochondrijos skirtingai fokusuoja šviesą.
Tai „gražus eksperimentinis modelis“ ir labai naujas atradimas, sakė Yirong Pengas, UCLA oftalmologijos docentas, kuris nedalyvavo tyrime.Bus įdomu pamatyti, ar šie mitochondrijų pluoštai taip pat gali veikti strypų viduje, kad pagerintų naktinį matymą, pridūrė Pengas.
Bent jau kūgiuose šios mitochondrijos galėjo išsivystyti į mikrolęšius, nes jų membranas sudaro lipidai, kurie natūraliai laužo šviesą, sakė Lee.„Tai tiesiog geriausia medžiaga šiai funkcijai.
Atrodo, kad lipidai šią funkciją atlieka ir kitur gamtoje.Paukščių ir roplių tinklainėje susiformavo dariniai, vadinami aliejaus lašeliais, kurie tarnauja kaip spalvų filtrai, tačiau manoma, kad jie taip pat veikia kaip mikrolęšiai, pavyzdžiui, mitochondrijų pluoštai.Didžiuliu konvergencinės evoliucijos atveju, paukščiai sukasi virš galvos, uodai zuja aplink savo žavų grobį, skaitote tai su atitinkamomis optinėmis savybėmis, kurios išsivystė nepriklausomai – adaptacijomis, kurios pritraukia žiūrovus.Čia ateina aiškus ir šviesus pasaulis.
Redaktoriaus pastaba: Yirong Peng gavo paramą iš Klingenstein-Simons Fellowship – projekto, kurį iš dalies remia Simons Foundation, kuris taip pat finansuoja šį savarankiškai redaguojamą žurnalą.Simmonso fondo finansavimo sprendimas neturi įtakos mūsų ataskaitoms.
Pataisa: 2022 m. balandžio 6 d. Pagrindinio vaizdo pavadinime iš pradžių neteisingai buvo nustatyta, kad mitochondrijų pluoštų spalva yra violetinė, o ne geltona.Violetinis dažymas yra susijęs su ryšulį supančia membrana.
Žurnalas Quanta moderuoja apžvalgas, siekdamas skatinti informuotą, prasmingą ir civilizuotą dialogą.Komentarai, kurie yra įžeidžiantys, šventvagiški, save reklamuojantys, klaidinantys, nenuoseklūs arba ne į temą, bus atmesti.Moderatoriai dirba įprastomis darbo valandomis (Niujorko laiku) ir gali priimti tik anglų kalba parašytus komentarus.
Paskelbimo laikas: 2022-08-22
