ไมโตคอนเดรียอาจปรับปรุงการมองเห็นโดยทำให้เม็ดสีในเซลล์รูปกรวยมีประสิทธิภาพในการจับแสงมากขึ้น

การรวมกลุ่มของไมโทคอนเดรีย (สีเหลือง) ภายในโคนเซลล์รับแสงโกเฟอร์มีบทบาทที่คาดไม่ถึงในการโฟกัสที่แม่นยำยิ่งขึ้นของแสงแบบกระจาย (แสงจากด้านล่าง) (ลำแสงสีน้ำเงิน)พฤติกรรมทางแสงนี้สามารถปรับปรุงการมองเห็นได้โดยการทำให้เม็ดสีในเซลล์รูปกรวยมีประสิทธิภาพในการจับแสงมากขึ้น

ยุงกำลังเฝ้าดูคุณผ่านอาร์เรย์ไมโครเลนส์คุณหันหัวของคุณ ถือไม้ตีแมลงวันในมือของคุณ และมองดูแวมไพร์ด้วยตาเดียวที่ต่ำต้อยของคุณแต่กลายเป็นว่าคุณสามารถเห็นหน้ากันและโลกได้มากกว่าที่คุณคิด

ผลการศึกษาที่ตีพิมพ์เมื่อเดือนที่แล้วในวารสาร Science Advances พบว่าภายในดวงตาของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ไมโทคอนเดรีย ออร์แกเนลล์ที่หล่อเลี้ยงเซลล์ สามารถทำหน้าที่ไมโครเลนส์ตัวที่สอง ช่วยในการโฟกัสแสงไปที่เม็ดสีภาพถ่าย เม็ดสีเหล่านี้จะแปลงแสงเป็นสัญญาณประสาทสำหรับสมอง ตีความ.การค้นพบนี้แสดงให้เห็นถึงความคล้ายคลึงกันอย่างเด่นชัดระหว่างดวงตาของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมกับดวงตาประกอบของแมลงและสัตว์ขาปล้องอื่นๆ ซึ่งบ่งชี้ว่าดวงตาของเรามีความซับซ้อนทางแสงแฝงอยู่ และวิวัฒนาการได้ทำให้ส่วนโบราณของกายวิภาคของเซลล์ของเราถูกค้นพบสำหรับการใช้งานใหม่

เลนส์ที่อยู่ด้านหน้าดวงตาจะโฟกัสแสงจากสิ่งแวดล้อมไปยังเนื้อเยื่อบางๆ ที่ด้านหลัง ซึ่งเรียกว่าเรตินาที่นั่น เซลล์รับแสง - กรวยที่สร้างสีสันให้กับโลกของเราและแท่งที่ช่วยให้เรานำทางในที่แสงน้อย - ดูดซับแสงและแปลงเป็นสัญญาณประสาทที่ไปยังสมองแต่สารสีจะอยู่ที่ส่วนท้ายสุดของเซลล์รับแสง ซึ่งอยู่ด้านหลังมัดไมโตคอนเดรียแบบหนาการจัดเรียงที่แปลกประหลาดของมัดนี้ทำให้ไมโตคอนเดรียกลายเป็นสิ่งกีดขวางที่กระจายแสงซึ่งดูเหมือนไม่จำเป็น

ไมโตคอนเดรียเป็น "อุปสรรคสุดท้าย" ของอนุภาคแสง Wei Li นักวิจัยอาวุโสของ National Eye Institute และผู้เขียนนำรายงานกล่าวเป็นเวลาหลายปีที่นักวิทยาศาสตร์ด้านการมองเห็นไม่สามารถเข้าใจการจัดเรียงแบบแปลกๆ ของออร์แกเนลล์เหล่านี้ ไมโตคอนเดรียของเซลล์ส่วนใหญ่เกาะติดกับออร์แกเนลล์ส่วนกลางของพวกมัน ซึ่งก็คือนิวเคลียส

นักวิทยาศาสตร์บางคนแนะนำว่าลำแสงเหล่านี้อาจมีวิวัฒนาการไม่ไกลจากจุดที่สัญญาณแสงถูกแปลงเป็นสัญญาณประสาท ซึ่งเป็นกระบวนการที่ใช้พลังงานมากซึ่งช่วยให้สูบฉีดและส่งพลังงานได้อย่างรวดเร็วแต่จากนั้นการวิจัยก็เริ่มแสดงให้เห็นว่าเซลล์รับแสงไม่ต้องการพลังงานมากเท่าไมโตคอนเดรีย แต่สามารถรับพลังงานได้มากขึ้นในกระบวนการที่เรียกว่าไกลโคไลซิส ซึ่งเกิดขึ้นในไซโตพลาสซึมของเซลล์เจลาติน

ลีและทีมของเขาได้เรียนรู้เกี่ยวกับบทบาทของไมโทคอนเดรียโดยการวิเคราะห์เซลล์รูปกรวยของโกเฟอร์ ซึ่งเป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมขนาดเล็กที่มีการมองเห็นในเวลากลางวันที่ดีเยี่ยม แต่ที่จริงแล้วตาบอดในตอนกลางคืนเนื่องจากเซลล์รับแสงรูปกรวยมีขนาดใหญ่เกินสัดส่วน

หลังจากการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์พบว่ากลุ่มไมโทคอนเดรียสามารถมีคุณสมบัติทางแสง ลีและทีมของเขาเริ่มทำการทดลองกับวัตถุจริงพวกเขาใช้ตัวอย่างเรตินากระรอกบางๆ และเซลล์ส่วนใหญ่ถูกเอาออกยกเว้นโคนสองสามอัน ดังนั้นพวกเขาจึง "ได้เพียงถุงไมโตคอนเดรีย" ที่บรรจุอย่างเรียบร้อยภายในเมมเบรน ลีกล่าว

เราพบผลลัพธ์ที่คาดไม่ถึงโดยการทำให้ตัวอย่างนี้สว่างขึ้นและตรวจสอบอย่างละเอียดด้วยกล้องจุลทรรศน์คอนโฟคอลพิเศษแสงที่ลอดผ่านลำไมโตคอนเดรียจะปรากฏเป็นลำแสงที่สว่างและมีโฟกัสที่คมชัดนักวิจัยได้ถ่ายภาพและวิดีโอของแสงที่ส่องผ่านความมืดผ่านเลนส์ไมโครเหล่านี้ ซึ่งสารสีกำลังรออยู่ในสัตว์ที่มีชีวิต

มัดไมโตคอนเดรียมีบทบาทสำคัญ ไม่ใช่เป็นอุปสรรค แต่ในการส่งแสงไปยังเซลล์รับแสงให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้โดยมีการสูญเสียน้อยที่สุด Li กล่าว

ด้วยการจำลอง เขาและเพื่อนร่วมงานยืนยันว่าเอฟเฟ็กต์ของเลนส์มีสาเหตุหลักมาจากมัดของไมโทคอนเดรียเอง ไม่ใช่จากเยื่อหุ้มรอบๆ (แม้ว่าเมมเบรนจะมีบทบาทก็ตาม)มุมแหลมของประวัติศาสตร์ธรรมชาติของโกเฟอร์ยังช่วยให้พวกเขาแสดงให้เห็นว่ารูปร่างของมัดไมโตคอนเดรียมีความสำคัญต่อความสามารถในการโฟกัส: ในช่วงหลายเดือนที่โกเฟอร์จำศีล กลุ่มของไมโตคอนเดรียจะผิดปกติและหดตัวเมื่อนักวิจัยจำลองสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อแสงส่องผ่านมัดไมโตคอนเดรียของกระรอกดินที่หลับใหล พวกเขาพบว่าแสงไม่ได้รวมแสงมากเท่ากับเมื่อยืดออกและมีระเบียบสูง

ในอดีต นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ได้แนะนำว่าการรวมกลุ่มของไมโทคอนเดรียอาจช่วยเก็บแสงในเรตินาได้ Janet Sparrow ศาสตราจารย์ด้านจักษุวิทยาที่ศูนย์การแพทย์มหาวิทยาลัยโคลัมเบียกล่าวอย่างไรก็ตาม แนวคิดนี้ดูแปลกมาก: “คนอย่างฉันหัวเราะและพูดว่า 'ไม่เอาน่า คุณมีไมโตคอนเดรียมากขนาดนั้นที่จะนำทางแสงไหม'- เธอพูด.“มันเป็นเอกสารที่พิสูจน์ได้จริงๆ – และมันดีมาก”

ลีและเพื่อนร่วมงานเชื่อว่าสิ่งที่พวกเขาสังเกตเห็นในโกเฟอร์อาจเกิดขึ้นในมนุษย์และไพรเมตอื่นๆ ซึ่งมีโครงสร้างเสี้ยมคล้ายคลึงกันมากพวกเขาคิดว่ามันอาจอธิบายปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นครั้งแรกในปี 1933 ที่เรียกว่าเอฟเฟกต์ Stiles-Crawford ซึ่งแสงที่ผ่านตรงกลางรูม่านตานั้นถือว่าสว่างกว่าแสงที่ส่องผ่านในมุมหนึ่งเนื่องจากแสงจากส่วนกลางสามารถโฟกัสไปที่มัดไมโตคอนเดรียมากขึ้น นักวิจัยจึงคิดว่ามันน่าจะโฟกัสไปที่เม็ดสีรูปกรวยได้ดีกว่าพวกเขาแนะนำว่าการวัดผลกระทบของ Stiles-Crawford สามารถช่วยในการตรวจหาโรคจอประสาทตาในระยะเริ่มต้น ซึ่งหลายอย่างนำไปสู่ความเสียหายและการเปลี่ยนแปลงของยลทีมของลีต้องการวิเคราะห์ว่าไมโทคอนเดรียที่เป็นโรคโฟกัสแสงแตกต่างกันอย่างไร

Yirong Peng ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านจักษุวิทยาที่ UCLA ผู้ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษากล่าวว่ามันคือ "แบบจำลองการทดลองที่สวยงาม" และการค้นพบใหม่มากน่าสนใจที่จะดูว่าการรวมกลุ่มของไมโตคอนเดรียเหล่านี้สามารถทำงานภายในแท่งเพื่อปรับปรุงการมองเห็นในตอนกลางคืนได้หรือไม่ Peng กล่าวเสริม

อย่างน้อยก็ในโคน ไมโทคอนเดรียเหล่านี้สามารถพัฒนาเป็นไมโครเลนส์ได้ เนื่องจากเยื่อหุ้มของพวกมันประกอบด้วยไขมันที่หักเหแสงตามธรรมชาติ Lee กล่าว“มันเป็นวัสดุที่ดีที่สุดสำหรับฟีเจอร์นี้”

ไขมันยังดูเหมือนจะพบฟังก์ชันนี้ที่อื่นในธรรมชาติในนกและสัตว์เลื้อยคลาน โครงสร้างที่เรียกว่าหยดน้ำมันได้พัฒนาขึ้นในเรตินาซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกรองสี แต่ยังคิดว่าจะทำหน้าที่เป็นไมโครเลนส์ด้วย เช่น การรวมกลุ่มของไมโตคอนเดรียในกรณีใหญ่ของวิวัฒนาการมาบรรจบกัน นกบินวนอยู่เหนือหัว ยุงหึ่งอยู่รอบๆ เหยื่อมนุษย์ที่น่ารื่นรมย์ คุณอ่านข้อความนี้ด้วยคุณสมบัติด้านการมองเห็นที่เหมาะสมซึ่งมีวิวัฒนาการอย่างอิสระ - การดัดแปลงที่ดึงดูดผู้ชมโลกที่สดใสและสดใสมาถึงแล้ว

หมายเหตุบรรณาธิการ: Yirong Peng ได้รับการสนับสนุนจาก Klingenstein-Simons Fellowship ซึ่งเป็นโครงการที่ได้รับการสนับสนุนส่วนหนึ่งโดยมูลนิธิ Simons Foundation ซึ่งให้ทุนสนับสนุนนิตยสารที่แก้ไขโดยอิสระนี้ด้วยการตัดสินใจด้านเงินทุนของมูลนิธิซิมมอนส์ไม่ส่งผลต่อการรายงานของเรา

การแก้ไข: 6 เมษายน 2565 ชื่อของภาพหลักในขั้นต้นระบุสีของมัดไมโตคอนเดรียอย่างไม่ถูกต้องเป็นสีม่วงแทนที่จะเป็นสีเหลืองการย้อมสีม่วงนั้นสัมพันธ์กับเมมเบรนรอบมัด
นิตยสาร Quanta กลั่นกรองบทวิจารณ์เพื่อส่งเสริมบทสนทนาที่มีข้อมูล มีความหมาย และมีอารยะธรรมความคิดเห็นที่สร้างความไม่พอใจ ดูหมิ่น ส่งเสริมตนเอง ทำให้เข้าใจผิด ไม่ต่อเนื่องกัน หรือนอกประเด็นจะถูกปฏิเสธผู้ดูแลเปิดทำการในช่วงเวลาทำการปกติ (เวลานิวยอร์ก) และยอมรับได้เฉพาะความคิดเห็นที่เขียนเป็นภาษาอังกฤษเท่านั้น