Els paquets de mitocondris (grocs) dins dels cons fotoreceptors de gopher tenen un paper inesperat en l'enfocament més precís de la llum difusa (brillant des de sota) (raig blau).Aquest comportament òptic pot millorar la visió fent que els pigments de les cèl·lules del con siguin més eficients per captar la llum.
Un mosquit t'està observant a través d'una matriu de microlents.Gires el cap, tens el matamosques a la mà i mires el vampir amb el teu humil ull de lent única.Però resulta que us podeu veure -i el món- més del que penseu.
Un estudi publicat el mes passat a la revista Science Advances va trobar que dins de l'ull dels mamífers, els mitocondris, els orgànuls que nodreixen les cèl·lules, poden exercir un segon paper de microlents, ajudant a enfocar la llum en els fotopigments, aquests pigments converteixen la llum en senyals nerviosos per al cervell. interpretar.Les troballes mostren semblances sorprenents entre els ulls dels mamífers i els ulls compostos dels insectes i altres artròpodes, cosa que suggereix que els nostres propis ulls tenen complexitat òptica latent i que l'evolució ha fet que una part molt antiga de la nostra anatomia cel·lular es trobi per a nous usos.
La lent de la part davantera de l'ull enfoca la llum de l'entorn en una fina capa de teixit a la part posterior, anomenada retina.Allà, les cèl·lules fotoreceptores, els cons que acoloreixen el nostre món i els bastons que ens ajuden a navegar amb poca llum, absorbeixen la llum i la converteixen en senyals neuronals que arriben al cervell.Però els fotopigments es troben al final dels fotoreceptors, immediatament darrere del gruixut paquet mitocondrial.L'estranya disposició d'aquest paquet converteix els mitocondris en obstacles de dispersió de llum aparentment innecessaris.
Els mitocondris són la "última barrera" a les partícules lleugeres, va dir Wei Li, investigador principal del National Eye Institute i autor principal del document.Durant molts anys, els científics de la visió no van poder entendre aquesta estranya disposició d'aquests orgànuls; després de tot, els mitocondris de la majoria de cèl·lules s'aferren al seu orgànul central: el nucli.
Alguns científics han suggerit que aquests feixos poden haver evolucionat no gaire lluny d'on es converteixen els senyals lluminosos en senyals neuronals, un procés intensiu d'energia que permet bombejar i lliurar l'energia fàcilment.Però aleshores la investigació va començar a demostrar que els fotoreceptors no necessiten tants mitocondris per obtenir energia; en canvi, poden obtenir més energia en un procés anomenat glucòlisi, que es produeix al citoplasma gelatinós de la cèl·lula.
Lee i el seu equip van conèixer el paper d'aquests tractes mitocondrials analitzant les cèl·lules del con d'un gopher, un petit mamífer que té una visió diürna excel·lent però que en realitat és cec a la nit perquè els seus fotoreceptors del con són desproporcionadament grans.
Després que les simulacions per ordinador demostressin que els paquets mitocondrials podrien tenir propietats òptiques, Lee i el seu equip van començar experiments amb objectes reals.Van utilitzar mostres primes de retines d'esquirol i la majoria de les cèl·lules es van eliminar, excepte uns quants cons, de manera que "només van tenir una bossa de mitocondris" perfectament empaquetada dins d'una membrana, va dir Lee.
En il·luminar aquesta mostra i examinar-la acuradament sota un microscopi confocal especial dissenyat per John Ball, un científic del laboratori de Lee i autor principal de l'estudi, vam trobar un resultat inesperat.La llum que travessa el feix mitocondrial apareix com un feix brillant i ben enfocat.Els investigadors van fer fotos i vídeos de la llum que penetrava a la foscor a través d'aquestes microlents, on els fotopigments esperen en animals vius.
Li diu que el paquet mitocondrial té un paper clau, no com a obstacle, sinó a l'hora de lliurar la màxima llum possible als fotoreceptors amb una pèrdua mínima.
Mitjançant simulacions, ell i els seus col·legues van confirmar que l'efecte de la lent és causat principalment pel propi paquet mitocondrial, i no per la membrana que l'envolta (tot i que la membrana hi juga un paper).Una peculiaritat de la història natural del gopher també els va ajudar a demostrar que la forma del paquet mitocondrial és fonamental per a la seva capacitat d'enfocar: durant els mesos que el gopher hiberna, els seus feixos mitocondrials es desordenen i es redueixen.Quan els investigadors van modelar què passa quan la llum passa a través del feix mitocondrial d'un esquirol de terra dormint, van trobar que no concentra la llum tant com quan està estirada i molt ordenada.
En el passat, altres científics han suggerit que els paquets mitocondrials podrien ajudar a recollir llum a la retina, assenyala Janet Sparrow, professora d'oftalmologia al Centre Mèdic de la Universitat de Columbia.Tanmateix, la idea semblava estranya: “Algunes persones com jo van riure i van dir: 'Va, realment tens tants mitocondris per guiar la llum?'- ella va dir."És realment un document que ho demostra, i és molt bo".
Lee i els seus col·legues creuen que el que van observar als gophers també podria estar passant en humans i altres primats, que tenen una estructura piramidal molt similar.Creuen que fins i tot podria explicar un fenomen descrit per primera vegada el 1933 anomenat efecte Stiles-Crawford, en el qual la llum que passa pel centre de la pupil·la es considera més brillant que la que passa en angle.Com que la llum central es pot centrar més en el paquet mitocondrial, els investigadors pensen que es podria centrar millor en el pigment del con.Suggereixen que mesurar l'efecte Stiles-Crawford podria ajudar a la detecció precoç de malalties de la retina, moltes de les quals condueixen a danys i canvis mitocondrials.L'equip de Lee volia analitzar com els mitocondris malalts enfocan la llum de manera diferent.
És un "bell model experimental" i un descobriment molt nou, va dir Yirong Peng, professor ajudant d'oftalmologia a UCLA que no va participar en l'estudi.Serà interessant veure si aquests paquets mitocondrials també poden funcionar dins de les barres per millorar la visió nocturna, va afegir Peng.
Almenys en els cons, aquests mitocondris podrien haver evolucionat cap a microlents perquè les seves membranes estan formades per lípids que refracten la llum de manera natural, va dir Lee."És simplement el millor material per a la funció".
Els lípids també semblen trobar aquesta funció en altres llocs de la natura.En els ocells i els rèptils, a la retina s'han desenvolupat estructures anomenades gotes d'oli que serveixen com a filtres de color, però també es creu que funcionen com a microlents, com els paquets mitocondrials.En un gran cas d'evolució convergent, ocells voltejant per sobre, mosquits brunzits al voltant de les seves delicioses preses humanes, llegeixes això amb característiques òptiques adequades que han evolucionat de manera independent: adaptacions que atrauen els espectadors.Aquí ve un món clar i brillant.
Nota de l'editor: Yirong Peng va rebre el suport de la beca Klingenstein-Simons, un projecte recolzat en part per la Fundació Simons, que també finança aquesta revista editada de manera independent.La decisió de finançament de la Fundació Simmons no afecta els nostres informes.
Correcció: 6 d'abril de 2022 El títol de la imatge principal inicialment identificava incorrectament el color dels feixos mitocondrials com a morat en lloc de groc.La tinció porpra s'associa amb la membrana que envolta el feix.
La revista Quanta modera les ressenyes per promoure un diàleg informat, significatiu i civilitzat.Es rebutjaran comentaris ofensius, blasfemes, d'autopromoció, enganyosos, incoherents o fora de tema.Els moderadors estan oberts durant l'horari comercial habitual (hora de Nova York) i només poden acceptar comentaris escrits en anglès.
Hora de publicació: 22-agost-2022
