Mitohondriju saišķi (dzelteni) gofera fotoreceptoru konusos spēlē neparedzētu lomu precīzākā izkliedētās gaismas (spīd no apakšas) fokusēšanas (zilā stara).Šī optiskā uzvedība var uzlabot redzi, padarot pigmentus konusa šūnās efektīvāku gaismas uztveršanā.
Moskīts jūs vēro caur mikrolēcu masīvu.Jūs pagriežat galvu, turiet mušu spārnu rokā un skatāties uz vampīru ar savu pazemīgo, vienlēcīgo aci.Bet izrādās, ka jūs varat redzēt viens otru un pasauli vairāk, nekā jūs domājat.
Pētījums, kas pagājušajā mēnesī publicēts žurnālā Science Advances, atklāja, ka zīdītāju acs iekšienē mitohondriji, šūnas barojošie organoīdi var uzņemties otru mikrolēcu lomu, palīdzot fokusēt gaismu uz fotopigmentiem, šie pigmenti pārvērš gaismu nervu signālos, lai smadzenes. interpretēt.Rezultāti liecina par pārsteidzošām līdzībām starp zīdītāju acīm un kukaiņu un citu posmkāju saliktajām acīm, kas liecina, ka mūsu pašu acīm ir latenta optiskā sarežģītība un ka evolūcija ir radījusi ļoti senu mūsu šūnu anatomijas daļu jauniem lietojumiem.
Lēca acs priekšpusē fokusē gaismu no vides uz plānu audu slāni aizmugurē, ko sauc par tīkleni.Tur fotoreceptoru šūnas — konusi, kas krāso mūsu pasauli, un stieņi, kas palīdz mums orientēties vājā apgaismojumā — absorbē gaismu un pārvērš to neironu signālos, kas nonāk smadzenēs.Bet fotopigmenti atrodas pašā fotoreceptoru galā, tieši aiz biezā mitohondriju kūlīša.Šī saišķa dīvainais izvietojums pārvērš mitohondrijus par šķietami nevajadzīgiem gaismu izkliedējošiem šķēršļiem.
Mitohondriji ir "pēdējā barjera" gaismas daļiņām, sacīja Vei Li, Nacionālā acu institūta vecākais pētnieks un darba vadošais autors.Daudzus gadus redzes zinātnieki nevarēja saprast šo dīvaino šo organellu izvietojumu - galu galā lielākās daļas šūnu mitohondriji pieķeras savai centrālajai organellei - kodolam.
Daži zinātnieki ir ierosinājuši, ka šie stari varētu būt attīstījušies netālu no vietas, kur gaismas signāli tiek pārveidoti neironu signālos, kas ir energoietilpīgs process, kas ļauj viegli sūknēt un ātri piegādāt enerģiju.Bet tad pētījumi sāka parādīt, ka fotoreceptoriem enerģijas iegūšanai nav nepieciešams tik daudz mitohondriju, tā vietā viņi var iegūt vairāk enerģijas procesā, ko sauc par glikolīzi, kas notiek šūnas želatīna citoplazmā.
Lī un viņa komanda uzzināja par šo mitohondriju traktu lomu, analizējot gofera, maza zīdītāja, kam ir lieliska redze dienā, bet kurš patiesībā ir akls, konusveida šūnas, jo tā konusveida fotoreceptori ir nesamērīgi lieli.
Pēc tam, kad datorsimulācijas parādīja, ka mitohondriju saišķiem varētu būt optiskas īpašības, Lī un viņa komanda sāka eksperimentus ar reāliem objektiem.Viņi izmantoja plānus vāveres tīklenes paraugus, un lielākā daļa šūnu, izņemot dažus konusus, tika noņemtas, tāpēc tām "tikai mitohondriju maisiņš" bija kārtīgi iesaiņots membrānā, sacīja Lī.
Izgaismojot šo paraugu un rūpīgi pārbaudot to ar īpašu konfokālo mikroskopu, ko izstrādājis Džons Bols, zinātnieks Lī laboratorijā un pētījuma vadošais autors, mēs atradām negaidītu rezultātu.Gaisma, kas iet caur mitohondriju staru, parādās kā spilgts, asi fokusēts stars.Pētnieki uzņēma fotogrāfijas un video, kā gaisma caur šiem mikroobjektīviem iekļūst tumsā, kur dzīvos dzīvniekos gaida fotopigmenti.
Li saka, ka mitohondriju saišķim ir galvenā loma, nevis kā šķērslis, bet gan, lai fotoreceptoriem nodrošinātu pēc iespējas vairāk gaismas ar minimāliem zaudējumiem.
Izmantojot simulācijas, viņš un viņa kolēģi apstiprināja, ka lēcas efektu galvenokārt izraisa pats mitohondriju saišķis, nevis membrāna ap to (lai gan membrānai ir nozīme).Gofera dabas vēstures dīvainība arī palīdzēja viņiem parādīt, ka mitohondriju saišķa forma ir izšķiroša tās spējai koncentrēties: mēnešos, kad gofers pārziemo, tā mitohondriju kūlīši kļūst nesakārtoti un saraujas.Kad pētnieki modelēja, kas notiek, kad gaisma iziet cauri guļošas zemes vāveres mitohondriju kūlim, viņi atklāja, ka tā nekoncentrē gaismu tik daudz kā tad, kad tā ir izstiepta un ļoti sakārtota.
Agrāk citi zinātnieki ir ierosinājuši, ka mitohondriju kūļi varētu palīdzēt savākt gaismu tīklenē, atzīmē Dženeta Sparova, Kolumbijas Universitātes Medicīnas centra oftalmoloģijas profesore.Tomēr ideja šķita dīvaina: "Daži cilvēki, piemēram, es, smējās un teica: "Nāc, vai jums tiešām ir tik daudz mitohondriju, lai vadītu gaismu?"- viņa teica."Tas patiešām ir dokuments, kas to pierāda, un tas ir ļoti labi."
Lī un viņa kolēģi uzskata, ka tas, ko viņi novēroja goferos, varētu notikt arī cilvēkiem un citiem primātiem, kuriem ir ļoti līdzīga piramīdas struktūra.Viņi domā, ka tas pat varētu izskaidrot parādību, kas pirmo reizi aprakstīta 1933. gadā, ko sauca par Stīla-Kroforda efektu, kurā gaisma, kas iet cauri pašam zīlītes centram, tiek uzskatīta par spilgtāku nekā gaisma, kas plūst leņķī.Tā kā centrālā gaisma var būt vairāk vērsta uz mitohondriju saišķi, pētnieki domā, ka to varētu labāk koncentrēt uz konusa pigmentu.Viņi liecina, ka Stiles-Crawford efekta mērīšana varētu palīdzēt agrīni atklāt tīklenes slimības, no kurām daudzas izraisa mitohondriju bojājumus un izmaiņas.Lee komanda vēlējās analizēt, kā slimie mitohondriji fokusē gaismu atšķirīgi.
Tas ir "skaists eksperimentāls modelis" un ļoti jauns atklājums, sacīja Yirong Peng, UCLA oftalmoloģijas docents, kurš nebija iesaistīts pētījumā.Būs interesanti redzēt, vai šie mitohondriju saišķi var darboties arī stieņu iekšpusē, lai uzlabotu nakts redzamību, piebilda Pengs.
Vismaz konusos šie mitohondriji varēja kļūt par mikrolēcām, jo to membrānas sastāv no lipīdiem, kas dabiski lauž gaismu, sacīja Lī."Tas vienkārši ir labākais materiāls šai funkcijai."
Šķiet, ka lipīdi šo funkciju atrod arī citur dabā.Putniem un rāpuļiem tīklenē ir izveidojušās struktūras, ko sauc par eļļas pilieniem, kas kalpo kā krāsu filtri, taču tiek uzskatīts, ka tās darbojas arī kā mikrolēcas, piemēram, mitohondriju saišķi.Lieliskā konverģences evolūcijas gadījumā, putni riņķo virs galvas, odi dūko ap savu apburošo cilvēku upuri, jūs to izlasiet ar atbilstošām optiskām iezīmēm, kas ir attīstījušās neatkarīgi — adaptācijas, kas piesaista skatītājus.Šeit nāk skaidra un gaiša pasaule.
Redaktora piezīme: Yirong Peng saņēma atbalstu no Klingenšteina-Simonsa stipendijas — projekta, ko daļēji atbalstīja Simons Foundation, kas arī finansē šo neatkarīgi rediģēto žurnālu.Simmons Foundation lēmums par finansējumu neietekmē mūsu pārskatus.
Labojums: 2022. gada 6. aprīlis Galvenā attēla virsraksts sākotnēji nepareizi identificēja mitohondriju saišķu krāsu kā violetu, nevis dzeltenu.Violeta iekrāsošanās ir saistīta ar membrānu, kas ieskauj saišķi.
Žurnāls Quanta moderē pārskatus, lai veicinātu informētu, jēgpilnu un civilizētu dialogu.Komentāri, kas ir aizskaroši, zaimojoši, pašreklāmas, maldinoši, nesakarīgi vai nesaistīti ar tēmu, tiks noraidīti.Moderatori ir atvērti parastajā darba laikā (pēc Ņujorkas laika) un var pieņemt tikai angļu valodā rakstītus komentārus.
Publicēšanas laiks: 22. augusts 2022
