Изследователи от Националния очен институт (NEI) откриват, че произвеждащите енергия органели в фоторецепторните клетки на окото, наречени митохондрии, функционират като микролещи, помагайки светлината да се насочва към външните сегменти на тези клетки, където се превръща в нервни сигнали. Откритието при земни катерици предоставя по-точна картина на оптичните свойства на ретината и може да помогне за откриване на очните заболявания по-рано. Констатациите, публикувани в Science Advances, също хвърлят светлина върху еволюцията на зрението.
„Бяхме изненадани от това завладяващо явление, че митохондриите изглежда имат двойна цел: тяхната добре установена метаболитна роля, производство на енергия, както и този оптичен ефект“, казва водещият изследовател на проучването, Wei Li, Ph.D./BM, който ръководи секцията по неврофизиология на ретината в NEI.
Констатациите също така разглеждат дългогодишната мистерия около ретините на бозайниците. Въпреки еволюционния натиск светлината да се преобразува в сигнали и да премине мигновено от ретината към мозъка, пътуването едва ли е директно. След като светлината достигне ретината, тя трябва да премине през множество невронни слоеве, преди да достигне до външния сегмент на фоторецепторите, където се извършва фототрансдукция (преобразуване на физическата енергия на светлината в клетъчни сигнали). Фоторецепторите са дълги, подобни на тръби структури, разделени на вътрешен и външен сегмент. Последното препятствие, което фотонът трябва да премине, преди да премине от вътрешния към външния сегмент, е необичайно плътен сноп от митохондрии. Тези снопове митохондрии изглежда работят, като разпръскват или поглъщат светлината. И така, екипът на Li се заема да проучи целта им, като изучава конусчеви фоторецептори на земна катерица.
Митохондриите във фоторецепторите действат като микролещи, концентрирайки светлината, когато се предава от вътрешните към външните сегменти на клетката. За разлика от други животински модели, използвани за изследване на зрението, ретината на земната катерица се състои предимно от конусчеви фоторецептори, които са отговорни за разпознаване на цветове, за разлика от пръчиците, които позволяват нощно виждане. Екипът на Li изучава земната катерица, за да разбере по-добре причините за очните заболявания при хората, които засягат предимно конусчевите фоторецептори.
Изследователите са използвали модифициран конфокален микроскоп, за да наблюдават оптичните свойства на живите конусни митохондрии, изложени на светлина. Далеч от разсейването на светлината, плътно опакованите митохондрии концентрират светлината по тънка, подобна на молив траектория върху външния сегмент.
„Подобната на лещи функция на митохондриите също може да обясни феномена, известен като ефекта на Стайлс Крауфорд“, казва първият автор на статията, д-р John Ball, учен в секцията по неврофизиология на ретината.
Учените, които измерват реакциите на ретината към светлината, отдавна са забелязали, че когато светлината навлезе в окото близо до центъра на зеницата, тя изглежда по-ярка в сравнение със светлината с еднакъв интензитет, влизаща в окото близо до ръба на зеницата.
В това проучване Li установява, че ефектът на митохондриите, подобен на лещи, следва профила на интензитета на насочена светлина. Тоест, в зависимост от местоположението на светлинния източник, митохондриите фокусират светлината във външния сегмент на клетката по траектории, които отразяват тези, наблюдавани от ефекта на Стайлс-Крофорд.
Свързването на функцията на митохондриите, работещи като леща, с ефекта на Стайлс-Крофорд има потенциални клинични последици. Дълго наблюдаваният ефект сега може да се използва като основа за неинвазивно откриване на заболявания на ретината, за много от които се смята, че включват митохондриална дисфункция при произхода си. Например, при пациенти с пигментен ретинит се съобщава, че имат необичаен ефект на Стайлс-Крофорд, дори когато имат добра зрителна острота. Необходими са повече изследвания, за да се проучат структурните и функционални промени в конусните митохондрии.
И накрая, констатациите дават нови прозрения за това как очите ни може да са еволюирали. Подобно на митохондриите в изследването на Li, във фоторецепторите на птици и влечуги, малки маслени капчици са разположени в частта на вътрешния сегмент, най-близка до външния сегмент, и се смята, че изпълняват оптична роля. Освен това, митохондриите в конусчевите фоторецептори на бозайници придават функционалност, напомняща тази, постигната от сложното око на членестоноги като мухи и земни пчели.
„Това прозрение концептуално свързва сложните очи при членестоногите с очите на гръбначните животни, две независимо еволюирали системи за формиране на изображения, демонстриращи силата на конвергентната еволюция“, казва Li.
Източник: www.nih.gov
