Snopovi mitohondrija (žuto) unutar stošca fotoreceptora gophera igraju neočekivanu ulogu u preciznijem fokusiranju difuzne svjetlosti (sjaj odozdo) (plavi snop).Ovo optičko ponašanje može poboljšati vid čineći pigmente u ćelijama čunjića efikasnijim u hvatanju svjetlosti.
Komarac vas posmatra kroz niz mikrosočiva.Okrećeš glavu, držiš muharicu u ruci i gledaš u vampira svojim skromnim okom sa jednim sočivom.Ali ispostavilo se da možete vidjeti jedni druge – i svijet – više nego što mislite.
Studija objavljena prošlog mjeseca u časopisu Science Advances otkrila je da unutar oka sisara mitohondrije, organele koje hrane ćelije, mogu preuzeti drugu ulogu mikrosočiva, pomažući da se svjetlost fokusira na fotopigmente, ovi pigmenti pretvaraju svjetlost u nervne signale za mozak da interpretirati.Nalazi pokazuju zapanjujuće sličnosti između očiju sisara i složenih očiju insekata i drugih artropoda, što sugerira da naše oči imaju latentnu optičku složenost i da je evolucija napravila vrlo drevni dio naše stanične anatomije pronađen za nove namjene.
Sočivo na prednjem dijelu oka fokusira svjetlost iz okoline na tanak sloj tkiva na stražnjoj strani, koji se zove mrežnica.Tamo, fotoreceptorske ćelije - čunjevi koji boje naš svijet i štapići koji nam pomažu da se krećemo pri slabom svjetlu - apsorbiraju svjetlost i pretvaraju je u neuronske signale koji idu do mozga.Ali fotopigmenti se nalaze na samom kraju fotoreceptora, odmah iza debelog mitohondrijalnog snopa.Čudan raspored ovog snopa pretvara mitohondrije u naizgled nepotrebne prepreke za raspršivanje svjetlosti.
Mitohondrije su "posljednja barijera" svjetlosnim česticama, rekao je Wei Li, viši istraživač na Nacionalnom institutu za oči i glavni autor rada.Dugi niz godina naučnici za vid nisu mogli razumjeti ovaj čudan raspored ovih organela – na kraju krajeva, mitohondrije većine ćelija drže se za njihovu centralnu organelu – jezgro.
Neki naučnici sugerišu da su ovi snopovi možda evoluirali nedaleko od mesta gde se svetlosni signali pretvaraju u neuronske signale, energetski intenzivan proces koji omogućava da se energija lako pumpa i brzo isporučuje.Ali onda su istraživanja počela pokazivati da fotoreceptorima nije potrebno toliko mitohondrija za energiju – umjesto toga, oni mogu dobiti više energije u procesu zvanom glikoliza, koji se događa u želatinoznoj citoplazmi ćelije.
Lee i njegov tim su saznali o ulozi ovih mitohondrijalnih trakta analizirajući ćelije čunjeva gofa, malog sisara koji ima odličan dnevni vid, ali je zapravo slijep noću jer su njegovi fotoreceptori u čunjevima nesrazmjerno veliki.
Nakon što su kompjuterske simulacije pokazale da mitohondrijski snopovi mogu imati optička svojstva, Lee i njegov tim započeli su eksperimente na stvarnim objektima.Koristili su tanke uzorke mrežnjače vjeverice, a većina ćelija je uklonjena osim nekoliko čunjeva, tako da su "dobili samo vrećicu mitohondrija" uredno spakovanu unutar membrane, rekao je Lee.
Osvjetljavanjem ovog uzorka i pažljivim ispitivanjem pod posebnim konfokalnim mikroskopom koji je dizajnirao John Ball, naučnik u Leeovoj laboratoriji i glavni autor studije, pronašli smo neočekivani rezultat.Svetlost koja prolazi kroz mitohondrijalni snop izgleda kao svetao, oštro fokusiran snop.Istraživači su snimili fotografije i video snimke svjetlosti koja prodire u tamu kroz ova mikrosočiva, gdje fotopigmenti čekaju kod živih životinja.
Mitohondrijski snop igra ključnu ulogu, ne kao prepreka, već u isporuci što više svjetlosti fotoreceptorima uz minimalne gubitke, kaže Li.
Koristeći simulacije, on i njegove kolege su potvrdili da je efekat sočiva prvenstveno uzrokovan samim mitohondrijskim snopom, a ne membranom oko njega (iako membrana igra ulogu).Neobičnost prirodne istorije gofa im je takođe pomogla da pokažu da je oblik mitohondrijalnog snopa ključan za njegovu sposobnost fokusiranja: tokom meseci kada gopher hibernira, njegovi mitohondrijalni snopovi postaju neuređeni i smanjuju se.Kada su istraživači modelirali šta se događa kada svjetlost prođe kroz mitohondrijski snop uspavane kopnene vjeverice, otkrili su da ona ne koncentriše svjetlost toliko koliko kada je ispružena i visoko uređena.
U prošlosti su drugi naučnici sugerirali da bi mitohondrijski snopovi mogli pomoći u prikupljanju svjetlosti u mrežnjači, napominje Janet Sparrow, profesorica oftalmologije na Medicinskom centru Univerziteta Kolumbija.Međutim, ideja se činila čudnom: „Neki ljudi poput mene su se nasmijali i rekli: 'Ma daj, da li stvarno imaš toliko mitohondrija da usmjeravaš svjetlo?'- ona je rekla.“To je zaista dokument koji to dokazuje – i vrlo je dobar.”
Lee i njegove kolege vjeruju da bi se ono što su primijetili kod gofova moglo dogoditi i kod ljudi i drugih primata, koji imaju vrlo sličnu piramidalnu strukturu.Oni misle da bi to čak moglo objasniti fenomen koji je prvi put opisan 1933. godine pod nazivom Stiles-Crawfordov efekat, u kojem se svjetlost koja prolazi kroz sam centar zjenice smatra svjetlijom od svjetlosti koja prolazi pod uglom.Budući da centralno svjetlo može biti više fokusirano na mitohondrijski snop, istraživači misle da bi moglo biti bolje fokusirano na pigment konusa.Oni sugeriraju da bi mjerenje Stiles-Crawford efekta moglo pomoći u ranom otkrivanju bolesti retine, od kojih mnoge dovode do oštećenja i promjena mitohondrija.Leejev tim želio je analizirati kako oboljele mitohondrije drugačije fokusiraju svjetlost.
To je “predivan eksperimentalni model” i vrlo novo otkriće, rekao je Yirong Peng, docent oftalmologije na UCLA koji nije bio uključen u studiju.Biće zanimljivo vidjeti da li ovi mitohondrijski snopovi mogu funkcionirati i unutar štapića za poboljšanje noćnog vida, dodao je Peng.
Barem u čunjićima, ove mitohondrije su mogle evoluirati u mikroleće jer su njihove membrane sastavljene od lipida koji prirodno lome svjetlost, rekao je Lee.“To je jednostavno najbolji materijal za ovu funkciju.”
Čini se da lipidi tu funkciju nalaze i drugdje u prirodi.Kod ptica i gmizavaca u mrežnjači su se razvile strukture nazvane kapljice ulja koje služe kao filteri boja, ali se također smatra da funkcioniraju kao mikroleće, kao što su mitohondrijski snopovi.U velikom slučaju konvergentne evolucije, ptice koje kruže iznad glave, komarci zuju oko svog divnog ljudskog plijena, ovo čitate s odgovarajućim optičkim karakteristikama koje su evoluirale nezavisno – adaptacije koje privlače gledaoce.Ovdje dolazi jasan i svijetao svijet.
Napomena urednika: Yirong Peng je dobio podršku Klingenstein-Simons Fellowship, projekta koji je djelimično podržan od strane Simons fondacije, koja takođe finansira ovaj nezavisno uređivački časopis.Odluka o finansiranju Simmons fondacije ne utiče na naše izvještavanje.
Ispravka: 6. aprila 2022. Naslov glavne slike u početku je pogrešno identificirao boju mitohondrijalnih snopova kao ljubičastu umjesto žutu.Ljubičasto bojenje povezano je s membranom koja okružuje snop.
Magazin Quanta moderira recenzije kako bi promovirao informiran, smislen i civiliziran dijalog.Komentari koji su uvredljivi, bogohulni, samopromotivni, obmanjujući, nekoherentni ili nevezani za temu bit će odbijeni.Moderatori su otvoreni tokom redovnog radnog vremena (po njujorškom vremenu) i mogu prihvatiti samo komentare napisane na engleskom jeziku.
Vrijeme objave: 22.08.2022
