Knippi af hvatberum (gulir) inni í gopher-ljósviðtakakeilum gegna óvæntu hlutverki við nákvæmari fókus á dreifðu ljósi (glóa að neðan) (blá geisli).Þessi sjónhegðun getur bætt sjón með því að gera litarefnin í keilufrumum skilvirkari við að fanga ljós.
Fluga fylgist með þér í gegnum örlinsufylki.Þú snýrð höfðinu, heldur á flugnasmiðjunni í hendinni og horfir á vampíruna með hógværu auga með einni linsu.En það kemur í ljós að þú getur séð hvort annað - og heiminn - meira en þú heldur.
Rannsókn sem birt var í síðasta mánuði í tímaritinu Science Advances leiddi í ljós að inni í auga spendýra geta hvatberar, frumu nærandi frumulíffæri, tekið að sér annað örlinsuhlutverk, sem hjálpar til við að einbeita ljósi að ljóslitum, þessi litarefni breyta ljósi í taugaboð fyrir heilann til að túlka.Niðurstöðurnar sýna sláandi líkindi milli augna spendýra og samsettra augna skordýra og annarra liðdýra, sem bendir til þess að augu okkar hafi dulda sjónflækju og að þróunin hafi gert mjög forn hluta af frumulíffærafræði okkar til nýrra nota.
Linsan fremst á auganu beinir ljósi frá umhverfinu á þunnt lag af vefjum að aftan, sem kallast sjónhimna.Þar gleypa ljósviðtakafrumur - keilurnar sem lita heiminn okkar og stangirnar sem hjálpa okkur að sigla í lítilli birtu - ljós og breyta því í taugaboð sem fara til heilans.En ljóslitarefni eru staðsett alveg í lok ljósviðtaka, strax fyrir aftan þykka hvatberabúntinn.Hin undarlega uppröðun þessa búnts breytir hvatberum í að því er virðist óþarfa ljósdreifandi hindranir.
Hvatberar eru „síðasta hindrunin“ fyrir ljósögnum, sagði Wei Li, yfirmaður við National Eye Institute og aðalhöfundur greinarinnar.Í mörg ár gátu sjónfræðingar ekki skilið þessa undarlegu uppröðun þessara frumulíffæra - þegar allt kemur til alls, loða hvatberar flestra frumna við miðlíffæri þeirra - kjarnann.
Sumir vísindamenn hafa bent á að þessir geislar gætu hafa þróast ekki langt frá því þar sem ljósmerkjum er breytt í taugamerki, orkufrekt ferli sem gerir kleift að dæla orku auðveldlega og skila henni hratt.En svo fóru rannsóknir að sýna að ljósnemar þurfa ekki eins marga hvatbera fyrir orku – í staðinn geta þeir fengið meiri orku í ferli sem kallast glýkólýsa, sem á sér stað í hlaupkenndu umfrymi frumunnar.
Lee og teymi hans lærðu um hlutverk þessara hvatbera með því að greina keilufrumur gopher, lítils spendýrs sem hefur frábæra dagssjón en er í raun blindur á nóttunni vegna þess að keiluljósnemar þess eru óhóflega stórir.
Eftir að tölvulíkingar sýndu að hvatberabúnt gæti haft sjónræna eiginleika hófu Lee og teymi hans tilraunir á raunverulegum hlutum.Þeir notuðu þunn sýni af sjónhimnu íkorna og flestar frumurnar voru fjarlægðar nema nokkrar keilur, þannig að þær „fengu bara poka af hvatberum“ snyrtilega pakkað inn í himnu, sagði Lee.
Með því að lýsa upp þetta sýni og skoða það vandlega undir sérstakri confocal smásjá hannað af John Ball, vísindamanni í rannsóknarstofu Lee og aðalhöfundur rannsóknarinnar, fundum við óvænta niðurstöðu.Ljós sem fer í gegnum hvatbera geislann birtist sem bjartur geisli með skarpt fókus.Rannsakendur tóku myndir og myndbönd af ljósi sem kemst inn í myrkrið í gegnum þessar örlinsur, þar sem ljóslitarefni bíða í lifandi dýrum.
Hvatberabúnt gegnir lykilhlutverki, ekki sem hindrun, heldur við að skila eins miklu ljósi og mögulegt er til ljósviðtaka með lágmarks tapi, segir Li.
Með uppgerðum staðfestu hann og samstarfsmenn hans að linsuáhrifin stafa fyrst og fremst af hvatberabúntinu sjálfu en ekki himnunni í kringum það (þótt himnan gegni hlutverki).Einkenni í náttúrusögu gophersins hjálpaði þeim einnig að sýna fram á að lögun hvatberabúntsins skiptir sköpum fyrir hæfni hans til að einbeita sér: þá mánuði sem gopher liggur í dvala, verða hvatberabunkar hans óreglulegar og minnka.Þegar rannsakendur gerðu líkan af því sem gerist þegar ljós fer í gegnum hvatbera búnt sofandi jarðar íkorna, komust þeir að því að það einbeitir ljósinu ekki eins mikið og þegar það er teygt út og mjög raðað.
Í fortíðinni hafa aðrir vísindamenn bent á að hvatberabúnt gæti hjálpað til við að safna ljósi í sjónhimnu, segir Janet Sparrow, prófessor í augnlækningum við Columbia University Medical Center.Hins vegar virtist hugmyndin undarleg: „Sumir eins og ég hlógu og sögðu: „Komdu, hefurðu virkilega svona marga hvatbera til að leiðbeina ljósinu?- hún sagði.„Þetta er í raun skjal sem sannar það – og það er mjög gott.
Lee og samstarfsmenn hans telja að það sem þeir sáu í gophers gæti einnig gerst í mönnum og öðrum prímötum, sem hafa mjög svipaða pýramídabyggingu.Þeir halda að það gæti jafnvel útskýrt fyrirbæri sem fyrst var lýst árið 1933 sem kallast Stiles-Crawford áhrif, þar sem ljós sem fer í gegnum miðju sjáaldarsins er talið bjartara en ljós sem fer í horn.Vegna þess að miðljósið getur einbeitt sér meira að hvatberabúntinu, telja vísindamennirnir að það gæti verið betur einbeitt að keilunni.Þeir benda til þess að mæling á Stiles-Crawford áhrifum gæti hjálpað til við að greina snemma sjónhimnusjúkdóma, sem margir hverjir leiða til hvatberaskemmda og breytinga.Teymi Lee vildi greina hvernig sjúkir hvatberar einbeita ljósinu öðruvísi.
Þetta er „fallegt tilraunalíkan“ og mjög ný uppgötvun, sagði Yirong Peng, lektor í augnlækningum við UCLA sem tók ekki þátt í rannsókninni.Það verður áhugavert að sjá hvort þessir hvatbera búntar geti einnig virkað inni í stöngum til að bæta nætursjón, bætti Peng við.
Að minnsta kosti í keilum gætu þessir hvatberar hafa þróast í örlinsur vegna þess að himnur þeirra eru gerðar úr lípíðum sem náttúrulega brjóta ljós, sagði Lee.„Þetta er einfaldlega besta efnið fyrir eiginleikann.
Lípíð virðast einnig finna þessa virkni annars staðar í náttúrunni.Hjá fuglum og skriðdýrum hafa myndast byggingar sem kallast olíudropar í sjónhimnu sem þjóna sem litasíur, en eru einnig taldar virka sem örlinsur, eins og hvatberabúngur.Í stórkostlegu tilfelli um samleitna þróun, fugla hringsóla yfir höfuð, moskítóflugur suðandi í kringum yndislega bráð sína, þú lest þetta með viðeigandi sjónrænum eiginleikum sem hafa þróast sjálfstætt – aðlögun sem laðar að áhorfendur.Hér kemur bjartur og bjartur heimur.
Athugasemd ritstjóra: Yirong Peng hlaut stuðning Klingenstein-Simons Fellowship, verkefnis sem að hluta er stutt af Simons Foundation, sem einnig fjármagnar þetta óháð ritstýrða tímarit.Fjármögnunarákvörðun Simmons Foundation hefur ekki áhrif á skýrslugerð okkar.
Leiðrétting: 6. apríl 2022 Titill aðalmyndarinnar benti upphaflega ranglega á lit hvatberaknippanna sem fjólubláan í stað guls.Fjólublá litun tengist himnunni sem umlykur búntinn.
Tímaritið Quanta stjórnar umsögnum til að stuðla að upplýstri, þroskandi og siðmenntuðum umræðum.Ummælum sem eru móðgandi, guðlast, sjálfkynningar, villandi, samhengislausar eða utan við efnið, verður hafnað.Fundarstjórar eru opnir á venjulegum vinnutíma (New York tíma) og geta aðeins tekið við athugasemdum sem eru skrifaðar á ensku.
Birtingartími: 22. ágúst 2022
