Sekumpulan mitokondria (kuning) di dalam kon fotoreseptor gopher memainkan peranan yang tidak dijangka dalam pemfokusan cahaya meresap yang lebih tepat (cahaya dari bawah) (pancaran biru).Tingkah laku optik ini boleh meningkatkan penglihatan dengan menjadikan pigmen dalam sel kon lebih cekap untuk menangkap cahaya.
Seekor nyamuk sedang memerhati anda melalui susunan kanta mikro.Anda memalingkan kepala anda, memegang flyswatter di tangan anda, dan melihat vampire dengan mata anda yang rendah hati dan berlensa tunggal.Tetapi ternyata anda boleh melihat satu sama lain - dan dunia - lebih daripada yang anda fikirkan.
Satu kajian yang diterbitkan bulan lalu dalam jurnal Science Advances mendapati bahawa di dalam mata mamalia, mitokondria, organel yang menyuburkan sel, boleh mengambil peranan mikrolens kedua, membantu memfokuskan cahaya pada fotopigmen, pigmen ini menukar cahaya menjadi isyarat saraf untuk otak mentafsir.Penemuan menunjukkan persamaan yang ketara antara mata mamalia dan mata majmuk serangga dan arthropoda lain, menunjukkan bahawa mata kita sendiri mempunyai kerumitan optik terpendam dan bahawa evolusi telah menjadikan bahagian anatomi selular kita yang sangat kuno ditemui untuk kegunaan baharu.
Kanta di hadapan mata memfokuskan cahaya dari persekitaran ke lapisan nipis tisu di bahagian belakang, dipanggil retina.Di sana, sel fotoreseptor - kon yang mewarnai dunia kita dan rod yang membantu kita menavigasi dalam cahaya malap - menyerap cahaya dan menukarnya menjadi isyarat saraf yang pergi ke otak.Tetapi fotopigmen terletak di hujung fotoreseptor, betul-betul di belakang berkas mitokondria yang tebal.Susunan pelik berkas ini menukarkan mitokondria menjadi halangan penyebaran cahaya yang kelihatan tidak perlu.
Mitokondria adalah "penghalang terakhir" kepada zarah cahaya, kata Wei Li, penyelidik kanan di Institut Mata Kebangsaan dan pengarang utama kertas itu.Selama bertahun-tahun, saintis penglihatan tidak dapat memahami susunan aneh organel ini - lagipun, mitokondria kebanyakan sel berpaut pada organel pusat mereka - nukleus.
Sesetengah saintis telah mencadangkan bahawa rasuk ini mungkin telah berkembang tidak jauh dari tempat isyarat cahaya ditukar kepada isyarat saraf, proses intensif tenaga yang membolehkan tenaga mudah dipam dan dihantar dengan cepat.Tetapi kemudian penyelidikan mula menunjukkan bahawa fotoreseptor tidak memerlukan banyak mitokondria untuk tenaga-sebaliknya, mereka boleh mendapatkan lebih banyak tenaga dalam proses yang dipanggil glikolisis, yang berlaku dalam sitoplasma gelatin sel.
Lee dan pasukannya belajar tentang peranan saluran mitokondria ini dengan menganalisis sel kon gopher, mamalia kecil yang mempunyai penglihatan siang hari yang sangat baik tetapi sebenarnya buta pada waktu malam kerana fotoreseptor konnya tidak seimbang besar.
Selepas simulasi komputer menunjukkan bahawa berkas mitokondria boleh mempunyai sifat optik, Lee dan pasukannya memulakan eksperimen ke atas objek sebenar.Mereka menggunakan sampel nipis retina tupai, dan kebanyakan sel telah dikeluarkan kecuali beberapa kon, jadi mereka "hanya mendapat satu beg mitokondria" yang dibungkus dengan kemas di dalam membran, kata Lee.
Dengan menerangi sampel ini dan memeriksanya dengan teliti di bawah mikroskop confocal khas yang direka oleh John Ball, seorang saintis di makmal Lee dan pengarang utama kajian itu, kami mendapati hasil yang tidak dijangka.Cahaya yang melalui pancaran mitokondria kelihatan sebagai pancaran yang terang dan terfokus dengan tajam.Para penyelidik mengambil foto dan video cahaya yang menembusi kegelapan melalui kanta mikro ini, di mana photopigment menanti dalam haiwan hidup.
Bundle mitokondria memainkan peranan penting, bukan sebagai penghalang, tetapi dalam menyampaikan cahaya sebanyak mungkin kepada fotoreseptor dengan kehilangan yang minimum, kata Li.
Menggunakan simulasi, dia dan rakan-rakannya mengesahkan bahawa kesan kanta terutamanya disebabkan oleh berkas mitokondria itu sendiri, dan bukan oleh membran di sekelilingnya (walaupun membran memainkan peranan).Keanehan sejarah semula jadi gopher juga membantu mereka menunjukkan bahawa bentuk berkas mitokondria adalah penting untuk keupayaannya untuk memfokus: semasa bulan-bulan gopher berhibernasi, berkas mitokondrianya menjadi tidak teratur dan mengecut.Apabila penyelidik memodelkan apa yang berlaku apabila cahaya melalui berkas mitokondria tupai tanah yang sedang tidur, mereka mendapati bahawa ia tidak menumpukan cahaya sebanyak apabila ia diregangkan dan sangat teratur.
Pada masa lalu, saintis lain telah mencadangkan bahawa berkas mitokondria mungkin membantu mengumpul cahaya di retina, kata Janet Sparrow, profesor oftalmologi di Pusat Perubatan Universiti Columbia.Walau bagaimanapun, idea itu kelihatan pelik: “Sesetengah orang seperti saya ketawa dan berkata, 'Ayuh, adakah anda benar-benar mempunyai banyak mitokondria untuk membimbing cahaya?'- dia berkata.“Ia benar-benar dokumen yang membuktikannya – dan ia sangat bagus.”
Lee dan rakan-rakannya percaya bahawa apa yang mereka perhatikan dalam gophers juga boleh berlaku pada manusia dan primata lain, yang mempunyai struktur piramid yang hampir sama.Mereka fikir ia mungkin menjelaskan fenomena yang pertama kali diterangkan pada tahun 1933 yang dipanggil kesan Stiles-Crawford, di mana cahaya yang melalui bahagian tengah murid dianggap lebih terang daripada cahaya yang melalui sudut.Kerana cahaya pusat boleh lebih tertumpu pada berkas mitokondria, para penyelidik berpendapat ia boleh lebih tertumpu pada pigmen kon.Mereka mencadangkan bahawa mengukur kesan Stiles-Crawford boleh membantu dalam pengesanan awal penyakit retina, yang kebanyakannya membawa kepada kerosakan dan perubahan mitokondria.Pasukan Lee ingin menganalisis bagaimana mitokondria berpenyakit memfokuskan cahaya secara berbeza.
Ia adalah "model eksperimen yang cantik" dan penemuan yang sangat baru, kata Yirong Peng, penolong profesor oftalmologi di UCLA yang tidak terlibat dalam kajian itu.Menarik untuk melihat sama ada berkas mitokondria ini juga boleh berfungsi di dalam rod untuk meningkatkan penglihatan malam, tambah Peng.
Sekurang-kurangnya dalam kon, mitokondria ini boleh berkembang menjadi kanta mikro kerana membran mereka terdiri daripada lipid yang secara semula jadi membiaskan cahaya, kata Lee.“Ia hanyalah bahan terbaik untuk ciri ini.”
Lipid juga nampaknya mencari fungsi ini di tempat lain dalam alam semula jadi.Pada burung dan reptilia, struktur yang dipanggil titisan minyak telah berkembang di retina yang berfungsi sebagai penapis warna, tetapi juga dianggap berfungsi sebagai kanta mikro, seperti berkas mitokondria.Dalam kes besar evolusi konvergen, burung mengelilingi di atas kepala, nyamuk berdengung di sekitar mangsa manusia yang menggembirakan, anda membaca ini dengan ciri optik yang sesuai yang telah berkembang secara bebas – penyesuaian yang menarik penonton.Inilah dunia yang jelas dan terang.
Nota editor: Yirong Peng menerima sokongan Klingenstein-Simons Fellowship, sebuah projek yang disokong sebahagiannya oleh Yayasan Simons, yang turut membiayai majalah yang disunting secara bebas ini.Keputusan pembiayaan Yayasan Simmons tidak menjejaskan pelaporan kami.
Pembetulan: 6 April 2022 Tajuk imej utama pada mulanya salah mengenal pasti warna berkas mitokondria sebagai ungu dan bukannya kuning.Pewarnaan ungu dikaitkan dengan membran yang mengelilingi berkas.
Majalah Quanta menyederhana ulasan untuk mempromosikan dialog yang bermaklumat, bermakna dan beradab.Komen yang menyinggung perasaan, menghujat, mempromosikan diri, mengelirukan, tidak koheren atau di luar topik akan ditolak.Moderator dibuka pada waktu perniagaan biasa (waktu New York) dan hanya boleh menerima ulasan yang ditulis dalam bahasa Inggeris.
Masa siaran: Ogos-22-2022
