Bundels mitochondria (geel) binne-in gopher-fotoreseptorkeëls speel 'n onverwagse rol in meer presiese fokus van diffuse lig (gloed van onder) (blou straal).Hierdie optiese gedrag kan visie verbeter deur die pigmente in keëlselle meer doeltreffend te maak om lig vas te vang.
'n Muskiet hou jou dop deur 'n mikrolensskikking.Jy draai jou kop, hou die vlieëspatter in jou hand en kyk na die vampier met jou nederige, enkellensoog.Maar dit blyk dat julle mekaar – en die wêreld – meer kan sien as wat jy dink.
'n Studie wat verlede maand in die joernaal Science Advances gepubliseer is, het bevind dat binne die soogdieroog mitochondria, selvoedende organelle, 'n tweede mikrolensrol kan speel, wat help om lig op fotopigmente te fokus, hierdie pigmente omskep lig in senuweeseine vir die brein om interpreteer.Die bevindinge toon treffende ooreenkomste tussen soogdieroë en die saamgestelde oë van insekte en ander geleedpotiges, wat daarop dui dat ons eie oë latente optiese kompleksiteit het en dat evolusie 'n baie ou deel van ons sellulêre anatomie gemaak het wat vir nuwe gebruike gevind is.
Die lens aan die voorkant van die oog fokus lig van die omgewing op 'n dun laag weefsel aan die agterkant, wat die retina genoem word.Daar absorbeer fotoreseptorselle - die keëls wat ons wêreld kleur en die stawe wat ons help om in swak lig te navigeer - lig en omskep dit in neurale seine wat na die brein gaan.Maar fotopigmente is heel aan die einde van die fotoreseptore geleë, onmiddellik agter die dik mitochondriale bundel.Die vreemde rangskikking van hierdie bundel verander mitochondria in oënskynlik onnodige ligverstrooiende hindernisse.
Mitochondria is die "laaste versperring" vir ligdeeltjies, het Wei Li, senior navorser by die National Eye Institute en hoofskrywer van die koerant, gesê.Vir baie jare kon visiewetenskaplikes nie hierdie vreemde rangskikking van hierdie organelle verstaan nie – die mitochondria van die meeste selle klou immers aan hul sentrale organel – die kern – vas.
Sommige wetenskaplikes het voorgestel dat hierdie strale moontlik ontwikkel het nie ver van waar ligseine in neurale seine omgeskakel word nie, 'n energie-intensiewe proses wat toelaat dat energie maklik gepomp en vinnig afgelewer word.Maar toe het navorsing begin wys dat fotoreseptore nie soveel mitochondria nodig het vir energie nie - hulle kan eerder meer energie kry in 'n proses genaamd glikolise, wat in die sel se gelatienagtige sitoplasma plaasvind.
Lee en sy span het geleer oor die rol van hierdie mitochondriale bane deur die keëlselle van 'n gopher te ontleed, 'n klein soogdier wat uitstekende dagvisie het, maar eintlik blind is in die nag omdat sy keëlfotoreseptore buite verhouding groot is.
Nadat rekenaarsimulasies getoon het dat mitochondriale bundels optiese eienskappe kan hê, het Lee en sy span eksperimente op regte voorwerpe begin.Hulle het dun monsters van eekhoring-retinas gebruik, en die meeste van die selle is verwyder, behalwe vir 'n paar keëls, sodat hulle "net 'n sak mitochondria" netjies in 'n membraan verpak het, het Lee gesê.
Deur hierdie monster te belig en dit noukeurig te ondersoek onder 'n spesiale konfokale mikroskoop wat ontwerp is deur John Ball, 'n wetenskaplike in Lee se laboratorium en hoofskrywer van die studie, het ons 'n onverwagte resultaat gevind.Lig wat deur die mitochondriale straal gaan, verskyn as 'n helder, skerp gefokusde straal.Die navorsers het foto's en video's geneem van lig wat die duisternis binnedring deur hierdie mikrolense, waar fotopigmente in lewende diere wag.
Die mitochondriale bundel speel 'n sleutelrol, nie as 'n hindernis nie, maar om soveel lig as moontlik aan die fotoreseptore te lewer met minimale verlies, sê Li.
Met behulp van simulasies het hy en sy kollegas bevestig dat die lenseffek hoofsaaklik deur die mitochondriale bundel self veroorsaak word, en nie deur die membraan daaromheen nie (hoewel die membraan 'n rol speel).’n Eienheid van die gopher se natuurlike geskiedenis het hulle ook gehelp om te demonstreer dat die vorm van die mitochondriale bundel van kritieke belang is vir sy vermoë om te fokus: gedurende die maande wat die gopher hiberneer, word sy mitochondriale bondels wanordelik en krimp.Toe die navorsers gemodelleer het wat gebeur wanneer lig deur die mitochondriale bondel van 'n slapende grond-eekhoring gaan, het hulle gevind dat dit nie lig so veel konsentreer as wanneer dit uitgestrek en hoogs georden is nie.
In die verlede het ander wetenskaplikes voorgestel dat mitochondriale bondels kan help om lig in die retina te versamel, sê Janet Sparrow, professor in oogheelkunde aan die Columbia University Medical Center.Die idee het egter vreemd gelyk: “Sommige mense soos ek het gelag en gesê: 'Komaan, het jy regtig soveel mitochondria om die lig te lei?'- sy het gese."Dit is regtig 'n dokument wat dit bewys - en dit is baie goed."
Lee en sy kollegas glo dat wat hulle in gophers waargeneem het, ook by mense en ander primate kan gebeur, wat 'n baie soortgelyke piramidale struktuur het.Hulle dink dit kan selfs 'n verskynsel verklaar wat die eerste keer in 1933 beskryf is, genaamd die Stiles-Crawford-effek, waarin lig wat deur die middel van die pupil beweeg, as helderder beskou word as lig wat teen 'n hoek beweeg.Omdat die sentrale lig meer op die mitochondriale bundel gefokus kan word, dink die navorsers dat dit beter op die keëlpigment gefokus kan word.Hulle stel voor dat die meting van die Stiles-Crawford-effek kan help met die vroeë opsporing van retinale siektes, waarvan baie lei tot mitochondriale skade en veranderinge.Lee se span wou analiseer hoe siek mitochondria lig anders fokus.
Dit is 'n "pragtige eksperimentele model" en 'n baie nuwe ontdekking, sê Yirong Peng, 'n assistent-professor in oftalmologie aan UCLA wat nie by die studie betrokke was nie.Dit sal interessant wees om te sien of hierdie mitochondriale bundels ook binne-in stawe kan funksioneer om nagvisie te verbeter, het Peng bygevoeg.
Ten minste in keëls kon hierdie mitochondria in mikrolense ontwikkel het omdat hul membrane bestaan uit lipiede wat natuurlik lig breek, het Lee gesê."Dit is eenvoudig die beste materiaal vir die funksie."
Dit lyk of lipiede hierdie funksie ook elders in die natuur vind.By voëls en reptiele het strukture wat oliedruppels genoem word, in die retina ontwikkel wat as kleurfilters dien, maar word vermoedelik ook as mikrolense, soos mitochondriale bondels, funksioneer.In 'n groot geval van konvergente evolusie, voëls wat bo-oor sirkel, muskiete wat om hul verruklike menslike prooi gons, lees jy dit met toepaslike optiese kenmerke wat onafhanklik ontwikkel het - aanpassings wat kykers lok.Hier kom 'n helder en helder wêreld.
Redakteur se nota: Yirong Peng het die ondersteuning ontvang van die Klingenstein-Simons Fellowship, 'n projek wat gedeeltelik deur die Simons-stigting ondersteun word, wat ook hierdie onafhanklik geredigeerde tydskrif finansier.Die befondsingsbesluit van die Simmons-stigting raak nie ons verslagdoening nie.
Regstelling: 6 April 2022 Die titel van die hoofbeeld het aanvanklik verkeerdelik die kleur van die mitochondriale bundels as pers in plaas van geel geïdentifiseer.Pers kleuring word geassosieer met die membraan wat die bondel omring.
Quanta tydskrif modereer resensies om 'n ingeligte, betekenisvolle en beskaafde dialoog te bevorder.Opmerkings wat aanstootlik, godslasterlik, selfbevordering, misleidend, onsamehangend of buite die onderwerp is, sal verwerp word.Moderators is oop gedurende normale besigheidsure (New York-tyd) en kan slegs kommentaar aanvaar wat in Engels geskryf is.
Postyd: 22 Aug. 2022
