모기는 현미경 렌즈의 격자를 통해 당신을 지켜 봅니다. 당신은 뒤로 응시하고, 손을 뻗어 날아 가고, 겸손한 싱글 렌즈 눈으로 블러드를 밀어 넣습니다. 그러나 당신이 서로를 보는 방식과 세상이 생각하는 것보다 더 공통점이있을 수 있습니다.
지난 달 Science Advances 에 발표 된 연구 포유 동물 눈 내부, 세포에 전력을 공급하는 소기관 인 미토콘드리아는 미세 렌즈로서 두 번째 역할을 할 수 있으며, 뇌가 해석 할 수 있도록 신경 신호로 빛을 변환하는 광 수용체 안료에 빛에 초점을 맞출 수 있음을 발견했습니다. 포유 동물 눈과 곤충과 다른 절지 동물의 복합 눈 사이에 눈에 띄는 평행을 이끌어내는 결과는 우리 자신의 눈이 숨겨진 수준의 광학적 복잡성을 가지고 있으며, 진화는 세포 해부학의 아주 오래된 부분에 새로운 용도를 발견했습니다.
눈의 바로 앞에있는 렌즈는 환경에서 뒷면의 망막이라고 불리는 얇은 조직 층에 빛을 집중시킵니다. 그곳에서, 우리의 세상을 색과 막대로 페인트하는 원뿔과 우리가 저조도로 탐색하는 데 도움이되는 원뿔은 빛을 흡수하고 뇌로 전파되는 신경 신호로 번역합니다. 그러나 가벼운 민감한 안료는 미토콘드리아의 두꺼운 묶음 바로 뒤에 광 수용체의 끝에 앉아 있습니다. 이 번들의 이상한 배치는 미토콘드리아를 불필요하고 밝은 산란 장애물로 바꿉니다.
미토콘드리아는 가벼운 입자의“최종 장애물”이라고 National Eye Institute의 수석 조사관이자 논문의 선임 저자 인 Wei Li는 말했다. 수년 동안 비전 과학자들은이 소기관의 이상한 배치를 이해할 수 없었습니다. 결국 대부분의 세포는 미토콘드리아가 중심 소기관 인 핵을 안고 있습니다.
.일부 과학자들은 번들이 에너지를 쉽게 펌핑하고 신속하게 전달하기 위해 조명 신호가 신경 신호, 높은 에너지 신호로 전환되는 곳에 가깝게 앉기 위해 진화했을 것이라고 제안했습니다. 그러나 연구는 광 수용체 가이 많은 미토콘드리아가 에너지를 필요로하지 않는다고 제안하기 시작했다. 대신, 그들은 세포의 젤라틴 세포질에서 발생하는 glycolysis라는 과정에서 더 많은 에너지를받을 수있다.
.Li와 그의 팀은 낮에는 놀라운 시력을 가진 작은 포유류 인 지상 다람쥐의 원뿔을 분석함으로써 미토콘드리아의 묶음의 역할을 배우기 위해 약속했다.
컴퓨터 시뮬레이션에 따르면 미토콘드리아 번들이 광학적 특성을 가질 수 있다고 제안한 후 Li와 그의 팀은 실제 실험을 시작했습니다. 그들은 다람쥐의 망막의 얇은 샘플을 사용했는데, 그들은 원뿔의 일부를 제외하고는 주로 세포를 제거했기 때문에 막 안에 깔끔하게 포장 된“미토콘드리아 봉지 만 가지고있다”고 말했다.
이 샘플에 빛을 비추고 LI의 실험실의 직원 과학자이자 연구의 주요 저자 인 John Ball이 제작 한 특별한 공 초점 현미경으로 면밀히 조사한 결과, 놀라운 결과가 나타났습니다. 미토콘드리아 번들을 통과하는 빛은 밝고 명확하게 집중된 빔으로 나타났습니다. 연구원들은이 마이크로 렌즈를 통해 빛의 빛을 흘리는 사진과 비디오를 살아있는 동물에서는 광 수용체 안료가 기다렸을 때 어둠 속으로 찍었습니다.
미토콘드리아 번들은 장애물 대신 최소한의 손실로 수용체에 가능한 한 많은 빛을 발산하는 데 중요한 역할을하는 것처럼 보인다.
시뮬레이션을 통해 그와 그의 동료들은 렌즈 효과가 주로 주변의 막이 아니라 미토콘드리아 번들 자체에 의해 발생했음을 확인했습니다 (막이 역할을했지만). 지상 다람쥐의 자연사의 기발한 것은 또한 미토콘드리아 묶음의 모양이 초점 능력에 중요하다는 것을 증명하는 데 도움이되었습니다.지면 다람쥐가 동면하는 달에는 미토콘드리아 묶음이 무질서하고 압축됩니다. 연구원들은 빛이 최대 절전 모드 다람쥐의 미토콘드리아 묶음을 통과 할 때 발생하는 일을 시뮬레이션했을 때, 빛이 길고 고도로 주문되었을 때와 거의 크게 빛을 집중시키지 않았다는 것을 알았습니다.
.과거에 다른 과학자들은 미토콘드리아 번들이 망막의 가벼운 수집을 돕고 있다고 추측했다. 그럼에도 불구 하고이 아이디어는 "나 같은 사람들은 웃으며"아, 어서, 빛을 안내하기 위해 많은 미토콘드리아를 가질 것인가? "라고 그녀는 말했다. "이것은 실제로 그것을 보여준 논문이었습니다. 매우 훌륭합니다."
Li와 그의 동료들은 지상 다람쥐에서 본 것은 또한 비슷한 원뿔 구조를 가진 인간과 다른 영장류에서도 일어날 가능성이 높다고 생각합니다. 그들은 1933 년에 처음보고되어 Stiles-Crawford Effect라고 불리는 현상을 설명 할 수 있다고 제안했다. 그 중심 빛은 미토콘드리아 번들과 더 일치 할 수 있기 때문에 연구자들은 그것이 원뿔의 안료에 더 집중 될 수 있다고 생각합니다. 그들은 Stiles-Crawford 효과를 측정하는 것이 망막 질환의 조기 발견에 도움이 될 수 있다고 제안합니다. 많은 사람들이 손상과 미토콘드리아의 변화를 유발하기 때문입니다. Li의 팀은 병에 걸린 미토콘드리아가 어떻게 빛을 다르게 집중할 수 있는지 분석하기를 희망합니다.
이 연구에 관여하지 않은 로스 앤젤레스 캘리포니아 대학교 (University of California of California)의 안과의 조교수 인 Yi-Rong Peng은“아름다운 실험 모델”이자 매우 새로운 발견이라고 말했다. Peng 은이 미토콘드리아 번들이 야간 시력을 향상시키기 위해 막대 내부의 역할을 수행 할 수 있는지 확인하는 것은 흥미로울 것이라고 덧붙였다.
.적어도 원뿔에서,이 미토콘드리아는 막이 지질로 구성되어 있으며, 이는 빛을 구부릴 수있는 자연스러운 능력을 갖기 때문에 미세 혈증으로 작용하도록 진화했을 수 있다고 Li는 말했다. "그들은이 기능을 달성하기에 가장 좋은 자료 일뿐입니다."
지질은 자연의 다른 곳 에서도이 기능을 발견 한 것 같습니다. 조류와 파충류는 컬러 필터 역할을하지만 미토콘드리아 다발과 같은 미세 혈류 역할을하는 것으로 가정 된 오일 액 적 (오일 액 적)이라고 불리는 레티 나에서 구조를 발전시켰다. 수렴 진화의 대단한 사례에서, 조류는 높은 오버 헤드를 돌고, 모기가 맛있는 인간 희생자들을 주위에 윙윙 거리는 모기이며,이 기사를 읽는 것은 모두 독립적으로 진화 한 관련 광학 기능을 가지고 있습니다.
편집자 주 :Yi-Rong Peng은 Simons Foundation이 부분적으로 지원하는 프로그램 인 Klingenstein-Simons Fellowship으로부터 지원을 받았으며,이 편집자 독립 잡지에도 자금을 지원했습니다. Simons Foundation 자금 지원 결정은 우리의 보장에 영향을 미치지 않습니다.
수정 :2022 년 4 월 6 일
리드 이미지의 캡션은 원래 미토콘드리아 번들의 색상을 노란색이 아닌 자주색으로 잘못 식별했습니다. 마젠타 얼룩은 번들을 둘러싼 막과 관련이 있습니다.
