Dubbele mitochondriën zijn als kleine lenzen in het oog

De mug kijkt toe Via een netwerk van microscopische lenzen. Terugkijkend, een vliegenmepper in je hand, volg je de vampier op de voet met je nederige ogen met één lens. Maar het blijkt dat de manier waarop je elkaar ziet – en de wereld – meer gemeen heeft dan je denkt.

studie Vorige maand geplaatst Bij wetenschappelijke vooruitgang Hij ontdekte dat in de ogen van zoogdieren mitochondriën, de organellen die cellen van energie voorzien, een tweede rol kunnen spelen als microscopische lenzen, waardoor het licht kan worden gefocust op fotoreceptorpigmenten die licht omzetten in zenuwsignalen die de hersenen kunnen interpreteren. De bevindingen, die een opvallende overeenkomst trekken tussen de ogen van zoogdieren en de samengestelde ogen van insecten en andere geleedpotigen, suggereren dat onze ogen subtiele niveaus van visuele complexiteit hebben en dat evolutie nieuwe toepassingen heeft gevonden voor zeer oude delen van onze cellulaire anatomie.

De lens aan de voorkant van het oog focust licht uit de omgeving op een dunne laag weefsel, het netvlies aan de achterkant. Daar absorberen de fotoreceptorcellen – de kegeltjes die onze wereld in kleur schilderen en de staafjes die ons helpen navigeren bij weinig licht – het licht en vertalen het in zenuwsignalen die zich in de hersenen voortplanten. Maar de lichtgevoelige pigmenten bevinden zich aan de uiteinden van de fotoreceptoren, achter een dikke bundel mitochondriën. De eigenaardige positie van deze straal verandert mitochondriën in schijnbaar onnodige en storende obstakels voor licht.

Mitochondriën zijn de “laatste hindernis” voor lichte moleculen, zei hij wij Li, een senior onderzoeker bij het National Eye Institute en senior auteur van het papier. Jarenlang konden visiewetenschappers deze vreemde plaatsing van deze organellen niet begrijpen – de meeste cellen hebben hun eigen mitochondriën die het centrale organel, de kern, omhelzen.

Sommige wetenschappers hebben gesuggereerd dat de bundels zijn geëvolueerd om te rusten in de buurt van waar lichtsignalen worden omgezet in zenuwsignalen, een proces dat veel energie vereist, om gemakkelijk energie te pompen en snel te leveren. Maar toen begonnen studies te suggereren dat fotoreceptoren niet zoveel mitochondriën nodig hebben voor energie – in plaats daarvan kunnen ze meer van hun energie ontvangen van een proces dat glycolyse wordt genoemd en dat plaatsvindt in het gelatineuze cytoplasma van de cel.

Lee en zijn team beloofden de rol van deze mitochondriale bundels te leren door de kegels van de grondeekhoorn te analyseren, een klein zoogdier dat overdag een verbazingwekkend zicht heeft maar ‘s nachts blind is omdat zijn fotoreceptoren onevenredig kegels zijn.

Nadat computersimulaties suggereerden dat bundels mitochondriën optische eigenschappen zouden kunnen hebben, begonnen Lee en zijn team te experimenteren met het echte werk. Ze gebruikten een dun monster van het netvlies van een eekhoorn, dat ze grotendeels van zijn cellen ontdeden, behalve delen van zijn kegels, zodat ze “vrijwel een zak mitochondriën” in een membraan hadden, zei Lee.

Het markeren van dit monster en het onderzoeken onder een speciale confocale microscoop gemaakt door John Ball, een wetenschapper in Lee’s laboratorium en de hoofdauteur van het onderzoek, onthulde een verrassend resultaat. Het licht dat door de mitochondriale straal ging, verscheen als een heldere, duidelijk gefocuste straal. De onderzoekers maakten foto’s en video’s van licht dat door deze kleine lenzen in het donker uitstraalt terwijl fotoreceptorpigmenten wachten in een levend dier.

In plaats van obstakels te zijn, zei Lee, lijken de bundels mitochondriën een belangrijke rol te spelen bij het helpen zoveel mogelijk licht naar de fotoreceptoren te sturen met minimaal verlies.

Door middel van simulaties bevestigden hij en collega’s dat het lenseffect voornamelijk het gevolg was van de mitochondriale bundel zelf, niet het membraan eromheen (hoewel het membraan een rol speelde). Een anomalie in de natuurlijke geschiedenis van de grondeekhoorn hielp ook vaststellen dat de vorm van de mitochondriale bundel cruciaal was voor hun concentratievermogen: tijdens de maanden dat grondeekhoorns overwinteren, raken hun mitochondriale bundels ongeorganiseerd en samengedrukt. Toen de onderzoekers simuleerden wat er gebeurt als licht door de mitochondriale bundel van een overwinterende grondeekhoorn gaat, ontdekten ze dat het lang niet zo goed focust als wanneer het erg langwerpig en netjes is.