Gopher fotoreseptör konilerinin içindeki mitokondri (sarı) demetleri, dağınık ışığın (aşağıdan ışıma) (mavi ışın) daha hassas odaklanmasında beklenmedik bir rol oynar.Bu optik davranış, koni hücrelerindeki pigmentleri ışığı yakalamada daha verimli hale getirerek görüşü iyileştirebilir.
Bir sivrisinek, bir mikro mercek dizisi aracılığıyla sizi izliyor.Başını çeviriyorsun, sinekliği elinde tutuyorsun ve mütevazi, tek lensli gözünle vampire bakıyorsun.Ama birbirinizi - ve dünyayı - düşündüğünüzden daha fazla görebildiğiniz ortaya çıktı.
Science Advances dergisinde geçen ay yayınlanan bir araştırma, memeli gözünün içinde, mitokondri, hücre besleyici organellerin ikinci bir mikrolens rolü üstlenebileceğini ve ışığın fotopigmentlere odaklanmasına yardımcı olabileceğini, bu pigmentlerin, beyin için ışığı sinir sinyallerine dönüştürdüğünü buldu. yorumlamak.Bulgular, memeli gözleri ile böceklerin ve diğer eklembacaklıların bileşik gözleri arasında çarpıcı benzerlikler göstererek, kendi gözlerimizin gizli optik karmaşıklığa sahip olduğunu ve evrimin hücresel anatomimizin çok eski bir bölümünü yeni kullanımlar için bulmuştur.
Gözün ön tarafındaki mercek, çevreden gelen ışığı arkadaki retina adı verilen ince bir doku tabakasına odaklar.Orada, fotoreseptör hücreleri - dünyamızı renklendiren koniler ve düşük ışıkta gezinmemize yardımcı olan çubuklar - ışığı emer ve beyne giden sinir sinyallerine dönüştürür.Ancak fotopigmentler, fotoreseptörlerin en ucunda, kalın mitokondriyal demetin hemen arkasında bulunur.Bu demetin garip düzeni, mitokondriyi görünüşte gereksiz ışık saçan engellere dönüştürüyor.
Ulusal Göz Enstitüsü'nde kıdemli araştırmacı ve makalenin baş yazarı Wei Li, mitokondrinin hafif parçacıkların "son engeli" olduğunu söyledi.Uzun yıllar boyunca, vizyon bilimciler bu organellerin bu garip düzenini anlayamadılar - sonuçta çoğu hücrenin mitokondrisi merkezi organellerine - çekirdeğe yapışır.
Bazı bilim adamları, bu ışınların, ışık sinyallerinin nöral sinyallere dönüştürüldüğü yerden çok uzakta olmayan bir yerde evrimleşmiş olabileceğini öne sürdüler; bu, enerjinin kolayca pompalanmasını ve hızlı bir şekilde iletilmesini sağlayan enerji yoğun bir süreç.Ancak daha sonra araştırmalar, fotoreseptörlerin enerji için çok fazla mitokondriye ihtiyaç duymadıklarını, bunun yerine hücrenin jelatinimsi sitoplazmasında meydana gelen glikoliz adı verilen bir süreçte daha fazla enerji elde edebildiklerini göstermeye başladı.
Lee ve ekibi, gündüz mükemmel görüşe sahip olan, ancak koni fotoreseptörleri orantısız olarak büyük olduğu için geceleri kör olan küçük bir memeli olan bir sincapın koni hücrelerini analiz ederek bu mitokondriyal yolların rolünü öğrendi.
Bilgisayar simülasyonları mitokondriyal demetlerin optik özelliklere sahip olabileceğini gösterdikten sonra, Lee ve ekibi gerçek nesneler üzerinde deneylere başladı.Lee, ince sincap retina örnekleri kullandılar ve birkaç koni dışında hücrelerin çoğu çıkarıldı, bu yüzden bir zarın içine düzgünce paketlenmiş "sadece bir torba mitokondri" aldılar.
Bu örneği aydınlatarak ve Lee'nin laboratuvarındaki bilim adamı ve çalışmanın baş yazarı John Ball tarafından tasarlanan özel bir konfokal mikroskop altında dikkatlice inceleyerek beklenmedik bir sonuç bulduk.Mitokondriyal ışından geçen ışık, parlak, keskin bir şekilde odaklanmış bir ışın olarak görünür.Araştırmacılar, canlı hayvanlarda fotopigmentlerin beklediği bu mikro lensler aracılığıyla karanlığın içine sızan ışığın fotoğraflarını ve videolarını çektiler.
Li, mitokondriyal paketin bir engel olarak değil, fotoreseptörlere minimum kayıpla mümkün olduğunca fazla ışık sağlamada önemli bir rol oynadığını söylüyor.
Simülasyonları kullanarak, o ve meslektaşları, lens etkisinin öncelikle mitokondriyal demetin kendisinden kaynaklandığını ve (zar bir rol oynamasına rağmen) etrafındaki zardan kaynaklanmadığını doğruladı.Gopher'ın doğal tarihinin bir tuhaflığı, mitokondriyal demetin şeklinin odaklanma yeteneği için kritik olduğunu göstermelerine de yardımcı oldu: aylar boyunca gopher kış uykusuna yatar, mitokondriyal demetleri düzensizleşir ve küçülür.Araştırmacılar, ışık, uyuyan bir yer sincapının mitokondriyal demetinden geçtiğinde ne olduğunu modellediğinde, ışığın, gergin ve çok düzenli olduğu zamanki kadar yoğunlaştırmadığını buldular.
Columbia Üniversitesi Tıp Merkezi'nde oftalmoloji profesörü Janet Sparrow, geçmişte diğer bilim adamlarının mitokondriyal demetlerin retinada ışık toplanmasına yardımcı olabileceğini öne sürdüğünü belirtiyor.Ancak fikir tuhaf görünüyordu: “Benim gibi bazı insanlar güldü ve 'Haydi, ışığa rehberlik edecek bu kadar çok mitokondriniz var mı?' dediler.- dedi."Gerçekten bunu kanıtlayan bir belge ve çok iyi."
Lee ve meslektaşları, gopher'larda gözlemlediklerinin, insanlarda ve çok benzer bir piramidal yapıya sahip olan diğer primatlarda da olabileceğine inanıyor.İlk olarak 1933'te tanımlanan, öğrencinin tam merkezinden geçen ışığın bir açıda geçen ışıktan daha parlak olduğu düşünülen Stiles-Crawford etkisi olarak adlandırılan bir fenomeni açıklayabileceğini düşünüyorlar.Merkezi ışık mitokondriyal demete daha fazla odaklanabildiğinden, araştırmacılar koni pigmentine daha iyi odaklanılabileceğini düşünüyorlar.Stiles-Crawford etkisinin ölçülmesinin, çoğu mitokondriyal hasara ve değişikliklere yol açan retina hastalıklarının erken tespitinde yardımcı olabileceğini öne sürüyorlar.Lee'nin ekibi, hastalıklı mitokondrinin ışığı nasıl farklı şekilde odakladığını analiz etmek istedi.
UCLA'da oftalmoloji yardımcı doçenti olan ve çalışmaya dahil olmayan Yirong Peng, bunun “güzel bir deneysel model” ve çok yeni bir keşif olduğunu söyledi.Peng, bu mitokondriyal demetlerin gece görüşünü iyileştirmek için çubukların içinde de çalışıp çalışmadığını görmek ilginç olacak, diye ekledi.
Lee, en azından konilerde, bu mitokondrilerin mikrolenslere dönüşebileceğini, çünkü zarlarının ışığı doğal olarak kıran lipitlerden oluştuğunu söyledi.“Özellik için en iyi malzeme bu.”
Lipidler de bu işlevi doğada başka yerlerde buluyor gibi görünüyor.Kuşlarda ve sürüngenlerde, retinada renk filtreleri görevi gören yağ damlacıkları adı verilen yapılar gelişmiştir, ancak mitokondriyal demetler gibi mikro mercekler olarak da işlev gördüğü düşünülmektedir.Yakınsak evrimin büyük bir örneğinde, kuşların tepelerinde daireler çizdiği, sivrisineklerin keyifli insan avlarının etrafında vızıldadığı bir durumda, bunu bağımsız olarak gelişen uygun optik özelliklerle okursunuz - izleyicileri cezbeden uyarlamalar.İşte berrak ve aydınlık bir dünya geliyor.
Editörün notu: Yirong Peng, kısmen Simons Vakfı tarafından desteklenen ve aynı zamanda bağımsız olarak düzenlenen bu dergiyi finanse eden bir proje olan Klingenstein-Simons Bursu'nun desteğini aldı.Simmons Vakfı'nın finansman kararı, raporlamamızı etkilemez.
Düzeltme: 6 Nisan 2022 Ana görüntünün başlığı, başlangıçta mitokondriyal demetlerin rengini sarı yerine mor olarak yanlış tanımladı.Mor boyama, demeti çevreleyen zar ile ilişkilidir.
Quanta dergisi, bilgili, anlamlı ve medeni bir diyalogu teşvik etmek için incelemeleri yönetir.Saldırgan, küfür içeren, kendi reklamını yapan, yanıltıcı, tutarsız veya konu dışı olan yorumlar reddedilecektir.Moderatörler normal çalışma saatlerinde (New York saati) açıktır ve yalnızca İngilizce yazılmış yorumları kabul edebilirler.
Gönderim zamanı: Ağu-22-2022
