Gopheri fotoretseptori koonuste sees olevad mitokondrite kimbud (kollased) mängivad hajutatud valguse (allpoolt helendav) (sinine kiir) täpsemas fokuseerimises ootamatut rolli.See optiline käitumine võib parandada nägemist, muutes koonusrakkudes olevad pigmendid valguse püüdmisel tõhusamaks.
Sääsk jälgib teid läbi mikroläätsede massiivi.Pöörad pead, hoiad kärbsepiitsat käes ja vaatad vampiirile oma alandliku üheklaasilise silmaga otsa.Kuid selgub, et näete üksteist – ja maailma – rohkem, kui arvate.
Eelmisel kuul ajakirjas Science Advances avaldatud uuring näitas, et imetajate silma sees võivad mitokondrid, rakke toitvad organellid omandada teise mikroläätse rolli, aidates valgust fokusseerida fotopigmentidele. Need pigmendid muudavad valguse aju närvisignaalideks. tõlgendada.Leiud näitavad hämmastavaid sarnasusi imetajate silmade ning putukate ja teiste lülijalgsete liitsilmade vahel, mis viitab sellele, et meie enda silmadel on varjatud optiline keerukus ja evolutsioon on leidnud, et meie raku anatoomia väga iidne osa on uuteks kasutusteks.
Silma ees olev lääts keskendub keskkonnast tuleva valguse tagaküljel olevale õhukesele koekihile, mida nimetatakse võrkkestaks.Seal neelavad fotoretseptori rakud – koonused, mis värvivad meie maailma, ja vardad, mis aitavad meil väheses valguses navigeerida – valgust ja muudavad selle ajju suunduvateks närvisignaalideks.Kuid fotopigmendid asuvad fotoretseptorite kõige lõpus, vahetult paksu mitokondriaalse kimbu taga.Selle kimbu kummaline paigutus muudab mitokondrid näiliselt tarbetuteks valgust hajutavateks takistusteks.
Mitokondrid on "viimane barjäär" valgusosakestele, ütles Wei Li, riikliku silmainstituudi vanemteadur ja artikli juhtiv autor.Nägemisteadlased ei suutnud aastaid mõista nende organellide kummalist paigutust – enamiku rakkude mitokondrid klammerduvad ju oma keskse organelli – tuuma – külge.
Mõned teadlased on väitnud, et need kiired võisid areneda mitte kaugel kohast, kus valgussignaalid muundatakse närvisignaalideks, mis on energiamahukas protsess, mis võimaldab energiat kergesti pumbata ja kiiresti kohale toimetada.Kuid siis hakkasid uuringud näitama, et fotoretseptorid ei vaja energia saamiseks nii palju mitokondreid – selle asemel võivad nad saada rohkem energiat protsessis, mida nimetatakse glükolüüsiks, mis toimub raku želatiinses tsütoplasmas.
Lee ja tema meeskond õppisid nende mitokondriaalsete traktide rolli tundma, analüüsides gopheri koonusrakke, väikese imetaja, kellel on suurepärane päevane nägemine, kuid kes on öösel tegelikult pime, kuna selle koonusfotoretseptorid on ebaproportsionaalselt suured.
Pärast seda, kui arvutisimulatsioonid näitasid, et mitokondrite kimpudel võivad olla optilised omadused, alustasid Lee ja tema meeskond katseid reaalsete objektidega.Nad kasutasid õhukesi orava võrkkesta proove ja enamik rakkudest eemaldati, välja arvatud mõned koonused, nii et neil oli lihtsalt kott mitokondreid, mis olid kenasti membraani sisse pakitud, ütles Lee.
Seda proovi valgustades ja hoolikalt uurides spetsiaalse konfokaalse mikroskoobi all, mille kujundas John Ball, Lee labori teadlane ja uuringu juhtiv autor, leidsime ootamatu tulemuse.Mitokondriaalset kiirt läbiv valgus näib heleda, teravalt fokuseeritud kiirena.Teadlased tegid fotosid ja videoid valgusest, mis läbi nende mikroläätsede pimedusse tungis, kus elusloomi ootavad fotopigmendid.
Li ütleb, et mitokondriaalne kimp mängib võtmerolli, mitte takistusena, vaid fotoretseptoritele võimalikult palju valgust minimaalse kaoga edastamisel.
Simulatsioone kasutades kinnitasid ta ja ta kolleegid, et läätseefekti põhjustab eelkõige mitokondriaalne kimp ise, mitte seda ümbritsev membraan (kuigi membraan mängib rolli).Gopheri loodusloo veidrus aitas neil ka näidata, et mitokondri kimbu kuju on tema keskendumisvõime jaoks kriitiline: kuude jooksul, mil gopher magab, muutuvad selle mitokondriaalsed kimbud korrastatuks ja kahanevad.Kui teadlased modelleerisid, mis juhtub siis, kui valgus läbib magava maa-orava mitokondriaalset kimbu, leidsid nad, et see ei koonda valgust nii palju kui siis, kui see on välja venitatud ja väga korrastatud.
Varem on teised teadlased oletanud, et mitokondriaalsed kimbud võivad aidata võrkkesta valgust koguda, märgib Columbia ülikooli meditsiinikeskuse oftalmoloogiaprofessor Janet Sparrow.Mõte tundus aga kummaline: "Mõned inimesed nagu mina naersid ja ütlesid: "Ole, kas teil on tõesti nii palju mitokondreid, et valgust juhtida?"- ta ütles."See on tõesti dokument, mis seda tõestab – ja see on väga hea."
Lee ja tema kolleegid usuvad, et see, mida nad gopheridel täheldasid, võib juhtuda ka inimestel ja teistel primaatidel, kellel on väga sarnane püramiidne struktuur.Nad arvavad, et see võib isegi seletada 1933. aastal esmakordselt kirjeldatud nähtust, mida nimetatakse Stiles-Crawfordi efektiks, mille puhul pupilli keskpunkti läbivat valgust peetakse heledamaks kui nurga all läbivat valgust.Kuna keskvalgust saab rohkem keskenduda mitokondriaalsele kimbule, arvavad teadlased, et see võiks olla paremini keskendunud koonuse pigmendile.Nad viitavad sellele, et Stiles-Crawfordi efekti mõõtmine võib aidata varakult avastada võrkkesta haigusi, millest paljud põhjustavad mitokondriaalseid kahjustusi ja muutusi.Lee meeskond soovis analüüsida, kuidas haiged mitokondrid valgust erinevalt fokusseerivad.
See on "ilus eksperimentaalne mudel" ja väga uus avastus, ütles Yirong Peng, UCLA oftalmoloogia dotsent, kes ei osalenud uuringus.Huvitav on näha, kas need mitokondriaalsed kimbud võivad öönägemise parandamiseks toimida ka varraste sees, lisas Peng.
Vähemalt koonustes oleksid need mitokondrid võinud areneda mikroläätsedeks, kuna nende membraanid koosnevad lipiididest, mis loomulikult murravad valgust, ütles Lee."See on lihtsalt selle funktsiooni jaoks parim materjal."
Tundub, et lipiidid leiavad selle funktsiooni ka mujal looduses.Lindudel ja roomajatel on võrkkestas välja kujunenud struktuurid, mida nimetatakse õlipiiskadeks, mis toimivad värvifiltritena, kuid arvatakse, et need toimivad ka mikroläätsedena, näiteks mitokondriaalsete kimpudena.Suurejoonelise läheneva evolutsiooni puhul, linnud tiirlevad pea kohal, sääsed sumisevad oma veetleva inimsaagi ümber, loete seda asjakohaste optiliste omadustega, mis on arenenud iseseisvalt – kohandused, mis tõmbavad vaatajaid ligi.Siit tuleb selge ja helge maailm.
Toimetaja märkus: Yirong Peng sai toetust Klingenstein-Simonsi stipendiumilt, projektile, mida toetas osaliselt Simonsi fond, mis rahastab ka seda iseseisvalt toimetatud ajakirja.Simmonsi fondi rahastamisotsus meie aruandlust ei mõjuta.
Parandus: 6. aprill 2022 Põhipildi pealkiri identifitseeris mitokondrikimpude värviks esialgu valesti kollase asemel lilla.Lilla värvumine on seotud kimpu ümbritseva membraaniga.
Ajakiri Quanta modereerib arvustusi, et edendada teadlikku, sisukat ja tsiviliseeritud dialoogi.Kommentaarid, mis on solvavad, teotavad, ennast reklaamivad, eksitavad, ebajärjekindlad või teemavälised, lükatakse tagasi.Moderaatorid on avatud tavapärastel tööaegadel (New Yorgi aja järgi) ja saavad vastu võtta ainult inglise keeles kirjutatud kommentaare.
Postitusaeg: 22. august 2022
