צרורות של מיטוכונדריה (צהובות) בתוך קונוסים של קולטני צילום גופר ממלאות תפקיד בלתי צפוי במיקוד מדויק יותר של אור מפוזר (זוהר מלמטה) (קרן כחולה).התנהגות אופטית זו יכולה לשפר את הראייה על ידי הפיכת הפיגמנטים בתאי חרוט ליעילים יותר בלכידת אור.
יתוש צופה בך דרך מערך עדשות מיקרו.אתה מסובב את ראשך, אוחז בידך את חוטף הזבובים ומתבונן בערפד בעין הצנועה, בעלת העדשה הבודדת.אבל מסתבר שאתה יכול לראות אחד את השני - ואת העולם - יותר ממה שאתה חושב.
מחקר שפורסם בחודש שעבר בכתב העת Science Advances מצא שבתוך עין היונק, מיטוכונדריה, אברונים המזינים תאים, יכולים לקחת תפקיד מיקרו-עדשה שני, לעזור למקד אור בפוטופיגמנטים, פיגמנטים אלה ממירים אור לאותות עצביים עבור המוח לפרש.הממצאים מראים קווי דמיון בולטים בין עיני יונקים לעיניים מורכבות של חרקים ופרוקי רגליים אחרים, מה שמצביע על כך שלעינינו שלנו יש מורכבות אופטית סמויה ושהאבולוציה הפכה לחלק עתיק מאוד מהאנטומיה התאית שלנו שנמצאה לשימושים חדשים.
העדשה בקדמת העין ממקדת את האור מהסביבה אל שכבה דקה של רקמה מאחור, הנקראת רשתית.שם, תאי קולטנים - הקונוסים שצובעים את עולמנו והמוטות שעוזרים לנו לנווט באור נמוך - סופגים אור וממירים אותו לאותות עצביים שעוברים למוח.אבל פוטופיגמנטים ממוקמים ממש בקצה קולטני הפוטו, מיד מאחורי צרור המיטוכונדריה העבה.הסידור המוזר של הצרור הזה הופך את המיטוכונדריה למכשולים מיותרים לכאורה לפיזור אור.
המיטוכונדריה הן "המחסום האחרון" בפני חלקיקי אור, אמר ווי לי, חוקר בכיר במכון הלאומי לעיניים ומחבר ראשי של המאמר.במשך שנים רבות, מדעני ראייה לא יכלו להבין את הסידור המוזר הזה של האברונים הללו - אחרי הכל, המיטוכונדריה של רוב התאים נצמדת לאברון המרכזי שלהם - הגרעין.
כמה מדענים הציעו שייתכן שאלומות אלו התפתחו לא רחוק מהמקום שבו אותות האור מומרים לאותות עצביים, תהליך עתיר אנרגיה המאפשר לשאוב ולהעביר אנרגיה בקלות.אבל אז החלו מחקרים להראות שקולטני הפוטו אינם זקוקים לכמות המיטוכונדריה לאנרגיה - במקום זאת, הם יכולים לקבל יותר אנרגיה בתהליך הנקרא גליקוליזה, המתרחש בציטופלזמה הג'לטינית של התא.
לי והצוות שלו למדו על תפקידן של דרכי המיטוכונדריה הללו על ידי ניתוח תאי החרוט של גופר, יונק קטן שיש לו ראייה מצוינת בשעות היום, אך למעשה עיוור בלילה מכיוון שקולטי הצילום של החרוטים שלו גדולים באופן לא פרופורציונלי.
לאחר שהדמיות ממוחשבות הראו שלצרורות מיטוכונדריה יכולות להיות תכונות אופטיות, לי וצוותו החלו בניסויים על עצמים אמיתיים.הם השתמשו בדגימות דקות של רשתית סנאי, ורוב התאים הוסרו למעט כמה קונוסים, כך שהם "קיבלו רק שקית של מיטוכונדריה" ארוזה בקפידה בתוך קרום, אמר לי.
על ידי הארת דגימה זו ובחינה קפדנית שלה תחת מיקרוסקופ קונפוקאלי מיוחד שתוכנן על ידי ג'ון בול, מדען במעבדה של לי והמחבר הראשי של המחקר, מצאנו תוצאה בלתי צפויה.אור העובר דרך קרן המיטוכונדריה נראה כקרן בהירה וממוקדת בחדות.החוקרים צילמו תמונות וסרטונים של אור החודר לחושך דרך עדשות המיקרו הללו, שם מחכים פוטופיגמנטים בבעלי חיים חיים.
צרור המיטוכונדריה ממלא תפקיד מפתח, לא כמכשול, אלא באספקת אור רב ככל האפשר לקולטני הפוטו עם אובדן מינימלי, אומר לי.
באמצעות סימולציות, הוא ועמיתיו אישרו כי השפעת העדשה נגרמת בעיקר על ידי צרור המיטוכונדריה עצמו, ולא על ידי הממברנה שסביבו (למרות שהקרום משחק תפקיד).מוזרות בהיסטוריה הטבעית של הגופר גם עזרה להם להוכיח שצורת הצרור המיטוכונדריאלי היא קריטית ליכולתו להתמקד: במהלך החודשים שהגופר נמצא בתרדמת חורף, צרורות המיטוכונדריה שלו הופכים לא מסודרים ומתכווצים.כאשר החוקרים דגלו מה קורה כאשר אור עובר דרך צרור המיטוכונדריה של סנאי ישן, הם גילו שהוא לא מרכז אור כמו כאשר הוא מתוח ומסודר מאוד.
בעבר, מדענים אחרים הציעו שצרורות מיטוכונדריה עשויות לסייע באיסוף אור ברשתית, מציינת ג'נט ספארו, פרופסור לרפואת עיניים במרכז הרפואי של אוניברסיטת קולומביה.עם זאת, הרעיון נראה מוזר: "כמה אנשים כמוני צחקו ואמרו, 'נו באמת, האם באמת יש לך כל כך הרבה מיטוכונדריות להנחות את האור?'- היא אמרה."זה באמת מסמך שמוכיח את זה - וזה טוב מאוד."
לי ועמיתיו מאמינים שמה שהם צפו בגופרים יכול לקרות גם בבני אדם ופרימטים אחרים, שיש להם מבנה פירמידלי דומה מאוד.הם חושבים שזה עשוי אפילו להסביר תופעה שתוארה לראשונה ב-1933 בשם אפקט סטיילס-קרופורד, שבה אור העובר דרך מרכז האישון נחשב לבהיר יותר מאור העובר בזווית.מכיוון שהאור המרכזי יכול להיות ממוקד יותר בצרור המיטוכונדריאלי, החוקרים חושבים שהוא יכול להיות ממוקד יותר בפיגמנט החרוט.הם מציעים שמדידת אפקט סטיילס-קרופורד יכולה לסייע בזיהוי מוקדם של מחלות רשתית, שרבות מהן מובילות לנזק ושינויים במיטוכונדריה.הצוות של לי רצה לנתח כיצד מיטוכונדריה חולות ממקדות אור בצורה שונה.
זהו "מודל ניסיוני יפהפה" ותגלית חדשה מאוד, אמר ירונג פנג, עוזר פרופסור לרפואת עיניים ב-UCLA שלא היה מעורב במחקר.יהיה מעניין לראות אם צרורות המיטוכונדריה הללו יכולים לתפקד גם בתוך מוטות כדי לשפר את ראיית הלילה, הוסיף פנג.
לפחות בקונוסים, המיטוכונדריה הללו יכלו להתפתח למיקרועדשות מכיוון שהממברנות שלהן מורכבות משומנים השוברים את האור באופן טבעי, אמר לי."זה פשוט החומר הטוב ביותר לתכונה."
נראה כי ליפידים מוצאים את התפקוד הזה גם במקומות אחרים בטבע.בציפורים ובזוחלים התפתחו ברשתית מבנים הנקראים טיפות שמן המשמשות כמסנני צבע, אך נחשבים גם לתפקד כעדשות מיקרו, כמו צרורות מיטוכונדריה.במקרה מפואר של אבולוציה מתכנסת, ציפורים חגות מעל הראש, יתושים מזמזמים סביב הטרף האנושי המענג שלהם, אתה קורא את זה עם תכונות אופטיות מתאימות שהתפתחו באופן עצמאי - עיבודים שמושכים צופים.הנה מגיע עולם ברור ומואר.
הערת העורך: ירונג פנג קיבל את תמיכת מלגת קלינגשטיין-סימון, פרויקט שנתמך בחלקו על ידי קרן סימונס, שגם מממנת את המגזין הזה בעריכה עצמאית.החלטת המימון של קרן סימונס אינה משפיעה על הדיווח שלנו.
תיקון: 6 באפריל 2022 הכותרת של התמונה הראשית זיהתה בתחילה באופן שגוי את צבע הצרורות של המיטוכונדריה כסגול במקום צהוב.צביעה סגולה קשורה לקרום המקיף את הצרור.
מגזין Quanta מנחה ביקורות כדי לקדם דיאלוג מושכל, משמעותי ומתורבת.הערות פוגעניות, חילול השם, קידום עצמי, מטעות, לא קוהרנטיות או לא קשורות לנושא יידחו.מנחים פתוחים בשעות העבודה הרגילות (שעון ניו יורק) ויכולים לקבל הערות שנכתבו באנגלית בלבד.
זמן פרסום: 22 באוגוסט 2022
