Mae bwndeli o mitocondria (melyn) y tu mewn i gonau ffotoreceptor gopher yn chwarae rhan annisgwyl wrth ganolbwyntio'n fwy manwl gywir ar olau gwasgaredig (llewyrch o isod) (pelydr glas).Gall yr ymddygiad optegol hwn wella golwg trwy wneud y pigmentau mewn celloedd côn yn fwy effeithlon wrth ddal golau.
Mae mosgito yn eich gwylio trwy arae microlens.Rydych chi'n troi eich pen, yn dal y gwybedog yn eich llaw, ac yn edrych ar y fampir gyda'ch llygad gwylaidd, un lens.Ond mae'n troi allan y gallwch chi weld eich gilydd - a'r byd - yn fwy nag yr ydych chi'n ei feddwl.
Canfu astudiaeth a gyhoeddwyd y mis diwethaf yn y cyfnodolyn Science Advances y gall y tu mewn i'r llygad mamalaidd, mitocondria, organynnau sy'n maethu celloedd, gymryd ail rôl microlens, gan helpu i ganolbwyntio golau ar ffotopigmentau, mae'r pigmentau hyn yn trosi golau yn signalau nerfol i'r ymennydd eu defnyddio. dehongli.Mae'r canfyddiadau'n dangos tebygrwydd trawiadol rhwng llygaid mamalaidd a llygaid cyfansawdd pryfed ac arthropodau eraill, sy'n awgrymu bod gan ein llygaid ein hunain gymhlethdod optegol cudd a bod esblygiad wedi gwneud rhan hynafol iawn o'n anatomeg cellog a ddarganfuwyd ar gyfer defnyddiau newydd.
Mae'r lens ar flaen y llygad yn canolbwyntio golau o'r amgylchedd ar haen denau o feinwe yn y cefn, a elwir yn retina.Yno, mae celloedd ffotoreceptor - y conau sy'n lliwio ein byd a'r gwiail sy'n ein helpu i lywio mewn golau isel - yn amsugno golau ac yn ei drawsnewid yn signalau niwral sy'n mynd i'r ymennydd.Ond mae ffotopigments wedi'u lleoli ar ddiwedd y ffotoreceptors, yn union y tu ôl i'r bwndel mitocondriaidd trwchus.Mae trefniant rhyfedd y bwndel hwn yn troi mitocondria yn rhwystrau gwasgaru golau diangen.
Mitocondria yw’r “rhwystr olaf” i ronynnau ysgafn, meddai Wei Li, uwch ymchwilydd yn y National Eye Institute ac awdur arweiniol y papur.Am nifer o flynyddoedd, ni allai gwyddonwyr golwg ddeall y trefniant rhyfedd hwn o'r organynnau hyn - wedi'r cyfan, mitocondria y rhan fwyaf o gelloedd yn glynu wrth eu organelle ganolog - y cnewyllyn.
Mae rhai gwyddonwyr wedi awgrymu y gallai'r trawstiau hyn fod wedi esblygu heb fod ymhell o'r man lle mae signalau golau yn cael eu trosi'n signalau niwral, proses ynni-ddwys sy'n caniatáu i ynni gael ei bwmpio a'i gyflenwi'n gyflym yn hawdd.Ond yna dechreuodd ymchwil ddangos nad oes angen cymaint o mitocondria ar ffotoreceptors ar gyfer egni - yn lle hynny, gallant gael mwy o egni mewn proses o'r enw glycolysis, sy'n digwydd yn cytoplasm gelatinous y gell.
Dysgodd Lee a'i dîm am rôl y darnau mitocondriaidd hyn trwy ddadansoddi celloedd côn goffer, mamal bach sydd â gweledigaeth wych yn ystod y dydd ond sydd mewn gwirionedd yn ddall yn y nos oherwydd bod ei ffotodderbynyddion côn yn anghymesur o fawr.
Ar ôl i efelychiadau cyfrifiadurol ddangos y gallai fod gan fwndeli mitocondriaidd briodweddau optegol, dechreuodd Lee a'i dîm arbrofion ar wrthrychau go iawn.Fe wnaethant ddefnyddio samplau tenau o retinas gwiwerod, a chafodd y rhan fwyaf o’r celloedd eu tynnu heblaw am ychydig o gonau, felly “dim ond bag o mitocondria” a gawsant wedi’u pacio’n daclus y tu mewn i bilen, meddai Lee.
Trwy oleuo'r sampl hwn a'i archwilio'n ofalus o dan ficrosgop confocal arbennig a ddyluniwyd gan John Ball, gwyddonydd yn labordy Lee ac awdur arweiniol yr astudiaeth, daethom o hyd i ganlyniad annisgwyl.Mae golau sy'n mynd trwy'r pelydr mitocondriaidd yn ymddangos fel pelydr llachar â ffocws clir.Tynnodd yr ymchwilwyr luniau a fideos o olau yn treiddio i'r tywyllwch trwy'r microlensau hyn, lle mae ffotopigments yn aros mewn anifeiliaid byw.
Mae'r bwndel mitocondriaidd yn chwarae rhan allweddol, nid fel rhwystr, ond wrth ddarparu cymaint o olau â phosibl i'r ffotoreceptors heb fawr o golled, meddai Li.
Gan ddefnyddio efelychiadau, cadarnhaodd ef a'i gydweithwyr fod yr effaith lens yn cael ei achosi'n bennaf gan y bwndel mitocondriaidd ei hun, ac nid gan y bilen o'i gwmpas (er bod y bilen yn chwarae rôl).Roedd mymryn o hanes naturiol y goffer hefyd yn gymorth iddynt ddangos bod siâp y bwndel mitocondriaidd yn hanfodol i’w allu i ganolbwyntio: yn ystod y misoedd mae’r goffer yn gaeafgysgu, mae ei bwndeli mitocondriaidd yn mynd yn anhrefnus ac yn crebachu.Pan fodelodd yr ymchwilwyr yr hyn sy'n digwydd pan fydd golau'n mynd trwy'r bwndel mitocondriaidd o wiwer man cysgu, canfuwyd nad yw'n crynhoi golau cymaint â phan fydd wedi'i ymestyn allan a'i drefnu'n fawr.
Yn y gorffennol, mae gwyddonwyr eraill wedi awgrymu y gallai bwndeli mitocondriaidd helpu i gasglu golau yn y retina, yn nodi Janet Sparrow, athro offthalmoleg yng Nghanolfan Feddygol Prifysgol Columbia.Fodd bynnag, roedd y syniad yn ymddangos yn rhyfedd: “Chwarddodd rhai pobl fel fi a dweud, 'Dewch ymlaen, a oes gennych chi gymaint â hynny o mitocondria i arwain y golau?'- meddai hi.“Mae wir yn ddogfen sy’n profi hynny – ac mae’n dda iawn.”
Mae Lee a'i gydweithwyr yn credu y gallai'r hyn a welsant mewn gofferau hefyd fod yn digwydd mewn bodau dynol ac primatiaid eraill, sydd â strwythur pyramidaidd tebyg iawn.Maen nhw'n meddwl y gallai hyd yn oed esbonio ffenomen a ddisgrifiwyd gyntaf ym 1933 o'r enw effaith Stiles-Crawford, lle mae golau sy'n pasio trwy union ganol y disgybl yn cael ei ystyried yn fwy disglair na golau sy'n pasio ar ongl.Oherwydd y gall y golau canolog ganolbwyntio mwy ar y bwndel mitocondriaidd, mae'r ymchwilwyr yn meddwl y gallai fod yn canolbwyntio'n well ar y pigment côn.Maen nhw'n awgrymu y gallai mesur effaith Stiles-Crawford helpu i ganfod clefydau'r retina'n gynnar, gyda llawer ohonynt yn arwain at ddifrod mitocondriaidd a newidiadau.Roedd tîm Lee eisiau dadansoddi sut mae mitocondria afiach yn canolbwyntio ar oleuni yn wahanol.
Mae’n “fodel arbrofol hardd” ac yn ddarganfyddiad newydd iawn, meddai Yirong Peng, athro cynorthwyol offthalmoleg yn UCLA nad oedd yn rhan o’r astudiaeth.Bydd yn ddiddorol gweld a all y bwndeli mitocondriaidd hyn hefyd weithredu y tu mewn i wialen i wella gweledigaeth nos, ychwanegodd Peng.
O leiaf mewn conau, gallai'r mitocondria hyn fod wedi esblygu'n ficrolensau oherwydd bod eu pilenni'n cynnwys lipidau sy'n plygiant golau yn naturiol, meddai Lee.“Yn syml, dyma'r deunydd gorau ar gyfer y nodwedd.”
Mae'n ymddangos bod lipidau hefyd yn canfod y swyddogaeth hon mewn mannau eraill ym myd natur.Mewn adar ac ymlusgiaid, mae strwythurau o'r enw defnynnau olew wedi datblygu yn y retina sy'n gweithredu fel hidlwyr lliw, ond credir hefyd eu bod yn gweithredu fel microlensau, fel bwndeli mitocondriaidd.Mewn achos mawr o esblygiad cydgyfeiriol, adar yn cylchu uwchben, mosgitos yn suo o amgylch eu hysglyfaeth ddynol hyfryd, rydych chi'n darllen hwn gyda nodweddion optegol priodol sydd wedi esblygu'n annibynnol - addasiadau sy'n denu gwylwyr.Yma daw byd clir a disglair.
Nodyn i'r golygydd: Derbyniodd Yirong Peng gefnogaeth Cymrodoriaeth Klingenstein-Simons, prosiect a gefnogir yn rhannol gan Sefydliad Simons, sydd hefyd yn ariannu'r cylchgrawn hwn a olygir yn annibynnol.Nid yw penderfyniad ariannu Sefydliad Simmons yn effeithio ar ein hadroddiadau.
Cywiriad: Ebrill 6, 2022 I ddechrau, nododd teitl y brif ddelwedd liw'r bwndeli mitocondriaidd yn anghywir fel porffor yn lle melyn.Mae staenio porffor yn gysylltiedig â'r bilen o amgylch y bwndel.
Mae cylchgrawn Quanta yn cymedroli adolygiadau i hyrwyddo deialog gwybodus, ystyrlon a gwâr.Bydd sylwadau sy’n sarhaus, yn gableddus, yn hunanhyrwyddo, yn gamarweiniol, yn anghydlynol, neu’n ddi-destun yn cael eu gwrthod.Mae safonwyr ar agor yn ystod oriau busnes arferol (amser Efrog Newydd) a dim ond sylwadau a ysgrifennwyd yn Saesneg y gallant eu derbyn.
Amser postio: Awst-22-2022
