Os feixes de mitocondrias (amarelos) dentro dos conos fotorreceptores de gopher xogan un papel inesperado na focalización máis precisa da luz difusa (brillo desde abaixo) (feixe azul).Este comportamento óptico pode mellorar a visión facendo que os pigmentos das células cónicas sexan máis eficientes para captar a luz.
Un mosquito está observando a través dunha matriz de microlentes.Xiras a cabeza, tes o matamoscas na man e miras ao vampiro co teu humilde ollo de lente única.Pero resulta que podes verse –e o mundo– máis do que pensas.
Un estudo publicado o mes pasado na revista Science Advances descubriu que dentro do ollo dos mamíferos, as mitocondrias, os orgánulos que nutren as células, poden asumir un segundo papel de microlente, axudando a enfocar a luz nos fotopigmentos, estes pigmentos converten a luz en sinais nerviosos para que o cerebro interpretar.Os descubrimentos mostran sorprendentes semellanzas entre os ollos de mamíferos e os ollos compostos dos insectos e outros artrópodos, o que suxire que os nosos propios ollos teñen complexidade óptica latente e que a evolución fixo que unha parte moi antiga da nosa anatomía celular se atope para novos usos.
A lente da parte dianteira do ollo enfoca a luz do ambiente nunha fina capa de tecido na parte posterior, chamada retina.Alí, as células fotorreceptoras, os conos que colorean o noso mundo e os bastoncillos que nos axudan a navegar con pouca luz, absorben a luz e convértena en sinais neuronais que van ao cerebro.Pero os fotopigmentos están situados no extremo dos fotorreceptores, inmediatamente detrás do groso feixe mitocondrial.A estraña disposición deste feixe converte as mitocondrias en obstáculos de dispersión da luz aparentemente innecesarios.
As mitocondrias son a "última barreira" para as partículas lixeiras, dixo Wei Li, investigador principal do National Eye Institute e autor principal do artigo.Durante moitos anos, os científicos da visión non puideron comprender esta estraña disposición destes orgánulos; despois de todo, as mitocondrias da maioría das células adhírense ao seu orgánulo central: o núcleo.
Algúns científicos suxeriron que estes raios poden ter evolucionado non moi lonxe de onde os sinais luminosos se converten en sinais neuronais, un proceso intensivo enerxético que permite que a enerxía sexa bombeada e entregada rapidamente.Pero entón as investigacións comezaron a demostrar que os fotorreceptores non necesitan tantas mitocondrias para obter enerxía; en cambio, poden obter máis enerxía nun proceso chamado glicólise, que ocorre no citoplasma xelatinoso da célula.
Lee e o seu equipo coñeceron o papel destes tractos mitocondriais analizando as células cónicas dunha gopher, un pequeno mamífero que ten unha excelente visión durante o día pero que en realidade é cego pola noite porque os seus fotorreceptores cónicos son desproporcionadamente grandes.
Despois de que as simulacións por ordenador mostrasen que os paquetes mitocondriais podían ter propiedades ópticas, Lee e o seu equipo comezaron experimentos con obxectos reais.Usaron mostras delgadas de retinas de esquío, e a maioría das células foron eliminadas, excepto algúns conos, polo que "conseguiron só unha bolsa de mitocondrias" ben embaladas dentro dunha membrana, dixo Lee.
Ao iluminar esta mostra e examinala coidadosamente baixo un microscopio confocal especial deseñado por John Ball, un científico do laboratorio de Lee e autor principal do estudo, atopamos un resultado inesperado.A luz que atravesa o feixe mitocondrial aparece como un feixe brillante e con foco nítido.Os investigadores tomaron fotos e vídeos da luz que penetra na escuridade a través destas microlentes, onde os fotopigmentos agardan nos animais vivos.
O feixe mitocondrial xoga un papel fundamental, non como un obstáculo, senón para entregar a maior cantidade de luz posible aos fotorreceptores cunha perda mínima, di Li.
Usando simulacións, el e os seus colegas confirmaron que o efecto da lente é causado principalmente polo propio feixe mitocondrial, e non pola membrana que o rodea (aínda que a membrana xoga un papel).Unha peculiaridade da historia natural da gopher tamén lles axudou a demostrar que a forma do feixe mitocondrial é fundamental para a súa capacidade de enfocarse: durante os meses que a gopher hiberna, os seus feixes mitocondriais desordenan e encolle.Cando os investigadores modelaron o que ocorre cando a luz atravesa o feixe mitocondrial dun esquío terrestre durmido, descubriron que non concentra a luz tanto como cando está estirada e moi ordenada.
No pasado, outros científicos suxeriron que os feixes mitocondriais poderían axudar a recoller luz na retina, sinala Janet Sparrow, profesora de oftalmoloxía no Columbia University Medical Center.Non obstante, a idea parecía estraña: "Algunhas persoas coma min ríanse e dixeron: 'Vamos, realmente tes tantas mitocondrias para guiar a luz?'- ela dixo."É realmente un documento que o demostra, e é moi bo".
Lee e os seus colegas cren que o que observaron en gopher tamén podería estar ocorrendo en humanos e outros primates, que teñen unha estrutura piramidal moi similar.Pensan que incluso podería explicar un fenómeno descrito por primeira vez en 1933 chamado efecto Stiles-Crawford, no que a luz que pasa polo centro da pupila considérase máis brillante que a luz que pasa en ángulo.Dado que a luz central pode estar máis enfocada no feixe mitocondrial, os investigadores pensan que podería estar mellor enfocada no pigmento do cono.Suxiren que medir o efecto Stiles-Crawford podería axudar na detección precoz de enfermidades da retina, moitas das cales provocan danos e cambios mitocondriais.O equipo de Lee quería analizar como as mitocondrias enfermas enfocan a luz de forma diferente.
É un "modelo experimental fermoso" e un descubrimento moi novo, dixo Yirong Peng, profesor asistente de oftalmoloxía da UCLA que non participou no estudo.Será interesante ver se estes feixes mitocondriais tamén poden funcionar dentro das varas para mellorar a visión nocturna, engadiu Peng.
Polo menos nos conos, estas mitocondrias poderían ter evolucionado a microlentes porque as súas membranas están formadas por lípidos que refractan a luz naturalmente, dixo Lee."É simplemente o mellor material para a función".
Os lípidos tamén parecen atopar esta función noutros lugares da natureza.Nas aves e réptiles desenvolvéronse estruturas chamadas gotas de aceite na retina que serven como filtros de cor, pero tamén se cre que funcionan como microlentes, como os feixes mitocondriais.Nun caso grandioso de evolución converxente, as aves dando voltas sobre a cabeza, os mosquitos zumbando arredor das súas deliciosas presas humanas, les isto con características ópticas adecuadas que evolucionaron de forma independente: adaptacións que atraen aos espectadores.Aquí vén un mundo claro e brillante.
Nota do editor: Yirong Peng recibiu o apoio da Klingenstein-Simons Fellowship, un proxecto apoiado en parte pola Simons Foundation, que tamén financia esta revista de edición independente.A decisión de financiamento da Fundación Simmons non afecta aos nosos informes.
Corrección: 6 de abril de 2022 O título da imaxe principal identificou inicialmente incorrectamente a cor dos feixes mitocondriais como morado en lugar de amarelo.A tinción roxa está asociada coa membrana que rodea o feixe.
A revista Quanta modera as críticas para promover un diálogo informado, significativo e civilizado.Os comentarios que sexan ofensivos, blasfemos, de autopromoción, enganosos, incoherentes ou fóra do tema serán rexeitados.Os moderadores están abertos durante o horario comercial normal (hora de Nova York) e só poden aceptar comentarios escritos en inglés.
Hora de publicación: 22-ago-2022
