Пучкі мітахондрый (жоўтыя) унутры колбачак фотарэцэптараў сусліка адыгрываюць нечаканую ролю ў больш дакладнай факусоўцы дыфузнага святла (свячэнне знізу) (сіні прамень).Такія аптычныя паводзіны могуць палепшыць зрок, робячы пігменты ў клетках колбачак больш эфектыўнымі пры ўлоўліванні святла.
Камар назірае за вамі праз мікралінзы.Вы паварочваеце галаву, трымаеце ў руцэ мухабойку і глядзіце на вампіра сваім сціплым вокам з адной лінзай.Але аказваецца, што вы можаце бачыць адзін аднаго - і свет - больш, чым вы думаеце.
Даследаванне, апублікаванае ў мінулым месяцы ў часопісе Science Advances, паказала, што ўнутры вока млекакормячых мітахондрыі, арганэлы, якія сілкуюць клетку, могуць узяць на сябе ролю другой мікралінзы, дапамагаючы факусаваць святло на фотапігментах, гэтыя пігменты пераўтвараюць святло ў нервовыя сігналы для мозгу інтэрпрэтаваць.Высновы паказваюць дзіўнае падабенства паміж вачыма млекакормячых і складанымі вачыма насякомых і іншых членістаногіх, што сведчыць аб тым, што нашы ўласныя вочы маюць схаваную аптычную складанасць і што эвалюцыя зрабіла вельмі старажытную частку нашай клеткавай анатоміі знойдзенай для новага выкарыстання.
Крышталік у пярэдняй частцы вока факусуе святло з навакольнага асяроддзя на тонкі пласт тканіны ззаду, які называецца сятчаткай.Там фотарэцэптарныя клеткі — колбачкі, якія афарбоўваюць наш свет, і палачкі, якія дапамагаюць нам арыентавацца пры слабым асвятленні, — паглынаюць святло і ператвараюць яго ў нервовыя сігналы, якія ідуць у мозг.Але фотапігменты размешчаны ў самым канцы фотарэцэптараў, адразу за тоўстым пучком мітахондрый.Дзіўнае размяшчэнне гэтага пучка ператварае мітахондрыі ў, здавалася б, непатрэбныя перашкоды для рассейвання святла.
Мітахондрыі з'яўляюцца «апошнім бар'ерам» для часціц святла, сказаў Вэй Лі, старэйшы навуковы супрацоўнік Нацыянальнага вочнага інстытута і вядучы аўтар артыкула.На працягу многіх гадоў спецыялісты па зроку не маглі зразумець гэта дзіўнае размяшчэнне гэтых арганэл - у рэшце рэшт, мітахондрыі большасці клетак чапляюцца за іх цэнтральную арганэл - ядро.
Некаторыя навукоўцы выказалі здагадку, што гэтыя прамяні, магчыма, узніклі недалёка ад месца, дзе светлавыя сігналы пераўтвараюцца ў нервовыя сігналы, энергаёмісты працэс, які дазваляе лёгка перапампоўваць і хутка дастаўляць энергію.Але потым пачаліся даследаванні, якія паказалі, што фотарэцэптарам не патрабуецца столькі мітахондрый для атрымання энергіі — замест гэтага яны могуць атрымаць больш энергіі ў працэсе, які называецца гліколіз, які адбываецца ў жэлацінавай цытаплазме клеткі.
Лі і яго каманда даведаліся пра ролю гэтых мітахандрыяльных шляхоў, аналізуючы клеткі колбачак сусліка, дробнага млекакормячага, які мае выдатны зрок днём, але насамрэч сляпы ўначы, таму што яго фотарэцэптары колбачак непрапарцыйна вялікія.
Пасля таго, як камп'ютэрнае мадэляванне паказала, што мітахандрыяльныя пучкі могуць мець аптычныя ўласцівасці, Лі і яго каманда пачалі эксперыменты на рэальных аб'ектах.Яны выкарыстоўвалі тонкія ўзоры сятчаткі вавёркі, і большасць клетак былі выдаленыя, за выключэннем некалькіх колбачак, так што яны «атрымалі проста мяшок мітахондрый», акуратна спакаваны ўнутры мембраны, сказаў Лі.
Асвятліўшы гэты ўзор і старанна даследаваўшы яго пад спецыяльным канфакальным мікраскопам, распрацаваным Джонам Болам, навукоўцам з лабараторыі Лі і вядучым аўтарам даследавання, мы знайшлі нечаканы вынік.Святло, якое праходзіць праз мітахандрыяльны пучок, выглядае як яркі, рэзка сфакусаваны прамень.Даследчыкі зрабілі фатаграфіі і відэа святла, якое пранікае ў цемру праз гэтыя мікралінзы, дзе фотапігменты чакаюць жывых жывёл.
Мітахандрыяльны пучок гуляе ключавую ролю не як перашкода, а ў дастаўцы як мага больш святла да фотарэцэптараў з мінімальнымі стратамі, кажа Лі.
Выкарыстоўваючы мадэляванне, ён і яго калегі пацвердзілі, што эфект лінзы ў першую чаргу выкліканы самім пучком мітахондрый, а не мембранай вакол яго (хоць мембрана адыгрывае пэўную ролю).Дзівацтва натуральнай гісторыі сусліка таксама дапамагло ім прадэманстраваць, што форма мітахандрыяльнага пучка мае вырашальнае значэнне для яго здольнасці засяродзіцца: на працягу некалькіх месяцаў суслік знаходзіцца ў спячцы, яго мітахандрыяльныя пучкі становяцца неўпарадкаванымі і скарачаюцца.Калі даследчыкі змадэлявалі тое, што адбываецца, калі святло праходзіць праз мітахандрыяльны пучок спячага сусліка, яны выявілі, што ён не канцэнтруе святло так моцна, як калі ён расцягнуты і высокаўпарадкаваны.
У мінулым іншыя навукоўцы выказвалі здагадку, што мітахандрыяльныя пучкі могуць дапамагчы збіраць святло ў сятчатцы, адзначае Джанет Спарроу, прафесар афтальмалогіі Медыцынскага цэнтра Калумбійскага універсітэта.Аднак ідэя падалася дзіўнай: «Некаторыя людзі, як я, смяяліся і казалі: «Давай, у цябе сапраўды столькі мітахондрый, каб накіроўваць святло?»- яна сказала.«Гэта сапраўды дакумент, які гэта пацвярджае, і гэта вельмі добра».
Лі і яго калегі лічаць, што тое, што яны назіралі ў суслікаў, таксама можа адбывацца ў людзей і іншых прыматаў, якія маюць вельмі падобную пірамідальную структуру.Яны думаюць, што гэта можа нават растлумачыць феномен, упершыню апісаны ў 1933 годзе, які называецца эфектам Стайлза-Кроўфарда, пры якім святло, якое праходзіць праз самы цэнтр зрэнкі, лічыцца больш яркім, чым святло, якое праходзіць пад вуглом.Паколькі цэнтральнае святло можа быць больш засяроджана на пучку мітахондрый, даследчыкі мяркуюць, што яно можа быць лепш засяроджана на пігменце колбачкі.Яны мяркуюць, што вымярэнне эфекту Стайлза-Кроўфарда можа дапамагчы ў раннім выяўленні захворванняў сятчаткі, многія з якіх прыводзяць да пашкоджання і зменаў мітахондрый.Каманда Лі хацела прааналізаваць, як хворыя мітахондрыі па-рознаму факусуюць святло.
Гэта «прыгожая эксперыментальная мадэль» і вельмі новае адкрыццё, сказаў Yirong Peng, дацэнт кафедры афтальмалогіі ў UCLA, які не ўдзельнічаў у даследаванні.Было б цікава паглядзець, ці могуць гэтыя мітахандрыяльныя пучкі таксама функцыянаваць унутры стрыжняў для паляпшэння начнога бачання, дадаў Пэн.
Прынамсі, у колбачках гэтыя мітахондрыі маглі ператварыцца ў мікралінзы, таму што іх мембраны складаюцца з ліпідаў, якія натуральным чынам праламляюць святло, сказаў Лі.«Гэта проста лепшы матэрыял для гэтай функцыі».
Здаецца, ліпіды таксама знаходзяць гэтую функцыю ў іншым месцы ў прыродзе.У птушак і рэптылій у сятчатцы развіліся структуры, званыя алейнымі кроплямі, якія служаць каляровымі фільтрамі, але таксама мяркуюць, што яны функцыянуюць як мікралінзы, такія як мітахандрыяльныя пучкі.У грандыёзным выпадку канвергентнай эвалюцыі, птушак, якія кружаць над галавой, камароў, якія гудуць вакол сваёй цудоўнай чалавечай ахвяры, вы чытаеце гэта з адпаведнымі аптычнымі асаблівасцямі, якія эвалюцыянавалі незалежна - адаптацыі, якія прыцягваюць гледачоў.Тут надыходзіць ясны і светлы свет.
Заўвага рэдактара: Yirong Peng атрымаў падтрымку стыпендыі Клінгенштэйна-Сайманса, праекта, які часткова падтрымліваецца Фондам Сайманса, які таксама фінансуе гэты незалежна рэдагаваны часопіс.Рашэнне аб фінансаванні Фонду Сіманса не ўплывае на нашу справаздачнасць.
Выпраўленне: 6 красавіка 2022 г. Назва асноўнага відарыса першапачаткова няправільна вызначала колер мітахандрыяльных пучкоў як фіялетавы, а не жоўты.Фіялетавае афарбоўванне звязана з абалонкай, якая атачае пучок.
Часопіс Quanta мадэруе агляды, каб спрыяць інфармаванаму, змястоўнаму і цывілізаванаму дыялогу.Каментары, якія з'яўляюцца абразлівымі, блюзнерскімі, самарэкламай, якія ўводзяць у зман, непаслядоўнымі або не па тэме, будуць адхілены.Мадэратары адкрыты ў звычайны працоўны час (па нью-ёркскім часе) і могуць прымаць каментарыі толькі на англійскай мове.
Час публікацыі: 22 жніўня 2022 г
