माइटोकॉन्ड्रिया शंकूच्या पेशींमधील रंगद्रव्य प्रकाश पकडण्यात अधिक कार्यक्षम बनवून दृष्टी सुधारू शकते

गोफर फोटोरिसेप्टर शंकूच्या आत असलेल्या मायटोकॉन्ड्रिया (पिवळ्या) चे बंडल डिफ्यूज लाइट (खाली पासून चमकणे) (निळा बीम) अधिक अचूक फोकस करण्यात अनपेक्षित भूमिका बजावतात.हे ऑप्टिकल वर्तन शंकूच्या पेशींमधील रंगद्रव्ये प्रकाश पकडण्यात अधिक कार्यक्षम बनवून दृष्टी सुधारू शकतात.

एक डास तुम्हाला मायक्रोलेन्स अॅरेद्वारे पाहत आहे.तुम्ही तुमचे डोके फिरवा, फ्लायस्वॉटर तुमच्या हातात धरा आणि तुमच्या नम्र, एकल-लेन्स केलेल्या डोळ्याने व्हॅम्पायरकडे पहा.परंतु असे दिसून आले की तुम्ही एकमेकांना - आणि जग - तुमच्या विचारापेक्षा जास्त पाहू शकता.

सायन्स अॅडव्हान्सेस या जर्नलमध्ये गेल्या महिन्यात प्रकाशित झालेल्या अभ्यासात असे आढळून आले आहे की सस्तन प्राण्यांच्या डोळ्याच्या आत, माइटोकॉन्ड्रिया, पेशी-पोषक ऑर्गेनेल्स, दुसर्या मायक्रोलेन्सची भूमिका घेऊ शकतात, फोटोपिग्मेंट्सवर प्रकाश केंद्रित करण्यास मदत करतात, ही रंगद्रव्ये मेंदूसाठी मज्जातंतू सिग्नलमध्ये प्रकाशाचे रूपांतर करतात. अर्थ लावणेनिष्कर्ष सस्तन प्राण्यांचे डोळे आणि कीटक आणि इतर आर्थ्रोपॉड्सचे संयुग डोळे यांच्यात उल्लेखनीय समानता दर्शवतात, जे सूचित करतात की आपल्या स्वतःच्या डोळ्यांमध्ये सुप्त ऑप्टिकल जटिलता आहे आणि उत्क्रांतीने आपल्या सेल्युलर शरीरशास्त्राचा एक अतिशय प्राचीन भाग नवीन वापरासाठी शोधला आहे.

डोळ्याच्या समोरील लेन्स, वातावरणातील प्रकाशाला मागील बाजूस असलेल्या ऊतींच्या पातळ थरावर केंद्रित करते, ज्याला डोळयातील पडदा म्हणतात.तेथे, फोटोरिसेप्टर पेशी - आपल्या जगाला रंग देणारे शंकू आणि कमी प्रकाशात नेव्हिगेट करण्यात मदत करणारे रॉड - प्रकाश शोषून घेतात आणि मेंदूकडे जाणार्‍या न्यूरल सिग्नलमध्ये रूपांतरित करतात.परंतु फोटोपिग्मेंट्स फोटोरिसेप्टर्सच्या अगदी शेवटी, जाड माइटोकॉन्ड्रियल बंडलच्या मागे स्थित असतात.या बंडलची विचित्र मांडणी मायटोकॉन्ड्रियाला अनावश्यक प्रकाश-विखुरणाऱ्या अडथळ्यांमध्ये बदलते.

माइटोकॉन्ड्रिया हा प्रकाशाच्या कणांसाठी “शेवटचा अडथळा” आहे, असे नॅशनल आय इन्स्टिट्यूटचे वरिष्ठ संशोधक आणि पेपरचे प्रमुख लेखक वेई ली यांनी सांगितले.बर्याच वर्षांपासून, दृष्टी शास्त्रज्ञांना या ऑर्गेनेल्सची ही विचित्र व्यवस्था समजू शकली नाही - शेवटी, बहुतेक पेशींचे माइटोकॉन्ड्रिया त्यांच्या मध्यवर्ती अवयवांना - न्यूक्लियसला चिकटून राहतात.

काही शास्त्रज्ञांनी असे सुचवले आहे की प्रकाश सिग्नलचे न्यूरल सिग्नलमध्ये रूपांतर होण्यापासून दूर नसलेल्या या किरणांचा विकास झाला असावा, ही एक ऊर्जा-केंद्रित प्रक्रिया आहे ज्यामुळे ऊर्जा सहजपणे पंप केली जाऊ शकते आणि त्वरित वितरित केली जाऊ शकते.पण नंतर संशोधनाने हे दाखवायला सुरुवात केली की फोटोरिसेप्टर्सना ऊर्जेसाठी जास्त मायटोकॉन्ड्रियाची गरज नसते - त्याऐवजी, ते सेलच्या जिलेटिनस सायटोप्लाझममध्ये उद्भवणाऱ्या ग्लायकोलिसिस नावाच्या प्रक्रियेत अधिक ऊर्जा मिळवू शकतात.

ली आणि त्यांच्या टीमने गोफरच्या शंकूच्या पेशींचे विश्लेषण करून या माइटोकॉन्ड्रियल ट्रॅक्टच्या भूमिकेबद्दल शिकले, एक लहान सस्तन प्राणी ज्याला दिवसा उत्कृष्ट दृष्टी असते परंतु रात्रीच्या वेळी तो प्रत्यक्षात अंध असतो कारण त्याचे शंकूचे फोटोरिसेप्टर्स असमानतेने मोठे असतात.

माइटोकॉन्ड्रियल बंडलमध्ये ऑप्टिकल गुणधर्म असू शकतात हे संगणक सिम्युलेशनने दाखवल्यानंतर, ली आणि त्यांच्या टीमने वास्तविक वस्तूंवर प्रयोग सुरू केले.त्यांनी गिलहरी रेटिनाचे पातळ नमुने वापरले, आणि काही शंकू वगळता बहुतेक पेशी काढून टाकल्या गेल्या, त्यामुळे त्यांना "फक्त मायटोकॉन्ड्रियाची पिशवी मिळाली" झिल्लीच्या आत सुबकपणे पॅक केली गेली, ली म्हणाले.

या नमुन्याला प्रकाशित करून आणि लीच्या प्रयोगशाळेतील शास्त्रज्ञ आणि अभ्यासाचे प्रमुख लेखक जॉन बॉल यांनी डिझाइन केलेल्या विशेष कॉन्फोकल सूक्ष्मदर्शकाखाली त्याचे काळजीपूर्वक परीक्षण केल्याने, आम्हाला एक अनपेक्षित परिणाम आढळला.माइटोकॉन्ड्रियल बीममधून जाणारा प्रकाश एक तेजस्वी, तीव्रपणे केंद्रित बीम म्हणून दिसतो.संशोधकांनी या मायक्रोलेन्सेसद्वारे अंधारात प्रवेश करणार्‍या प्रकाशाचे फोटो आणि व्हिडिओ घेतले, जिथे जिवंत प्राण्यांमध्ये फोटोपिग्मेंट्सची प्रतीक्षा केली जाते.

माइटोकॉन्ड्रियल बंडल एक महत्त्वाची भूमिका बजावते, अडथळा म्हणून नाही, परंतु कमीत कमी नुकसानासह फोटोरिसेप्टर्सना शक्य तितका प्रकाश वितरीत करण्यात, ली म्हणतात.

सिम्युलेशन वापरून, त्याने आणि त्याच्या सहकाऱ्यांनी पुष्टी केली की लेन्सचा प्रभाव प्रामुख्याने माइटोकॉन्ड्रियल बंडलमुळे होतो, आणि त्याच्या सभोवतालच्या पडद्याद्वारे नाही (जरी पडदा भूमिका बजावते).गोफरच्या नैसर्गिक इतिहासाच्या विचित्रतेने त्यांना हे दाखवून देण्यात मदत केली की माइटोकॉन्ड्रियल बंडलचा आकार त्याच्या लक्ष केंद्रित करण्याच्या क्षमतेसाठी महत्त्वपूर्ण आहे: ज्या महिन्यांत गोफर हायबरनेट करतो, त्याचे माइटोकॉन्ड्रियल बंडल विस्कळीत होतात आणि संकुचित होतात.जेव्हा संशोधकांनी झोपलेल्या ग्राउंड गिलहरीच्या माइटोकॉन्ड्रियल बंडलमधून प्रकाश जातो तेव्हा काय होते याचे मॉडेल तयार केले, तेव्हा त्यांना असे आढळले की तो प्रकाश पसरवलेल्या आणि अत्यंत क्रमाने लावल्यावर तेवढा केंद्रित करत नाही.

कोलंबिया युनिव्हर्सिटी मेडिकल सेंटरमधील नेत्रविज्ञानाच्या प्राध्यापक जेनेट स्पॅरो यांनी नमूद केले आहे की, भूतकाळात, इतर शास्त्रज्ञांनी असे सुचवले आहे की माइटोकॉन्ड्रियल बंडल डोळयातील पडदामध्ये प्रकाश गोळा करण्यास मदत करू शकतात.तथापि, कल्पना विचित्र वाटली: “माझ्यासारखे काही लोक हसले आणि म्हणाले, 'चला, तुमच्याकडे खरोखर प्रकाशाचे मार्गदर्शन करण्यासाठी इतके मायटोकॉन्ड्रिया आहेत का?'- ती म्हणाली."हे खरोखर एक दस्तऐवज आहे जे ते सिद्ध करते - आणि ते खूप चांगले आहे."

ली आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांचा असा विश्वास आहे की त्यांनी गोफरमध्ये जे पाहिले ते मानव आणि इतर प्राइमेट्समध्ये देखील घडू शकते, ज्यांची रचना खूप समान आहे.त्यांना वाटते की ते 1933 मध्ये प्रथम वर्णन केलेल्या स्टाइल्स-क्रॉफर्ड प्रभाव नावाच्या घटनेचे स्पष्टीकरण देखील देऊ शकते, ज्यामध्ये विद्यार्थ्यांच्या अगदी मध्यभागी जाणारा प्रकाश कोनात जाणाऱ्या प्रकाशापेक्षा उजळ मानला जातो.मध्यवर्ती प्रकाश माइटोकॉन्ड्रियल बंडलवर अधिक केंद्रित केल्यामुळे, संशोधकांना वाटते की ते शंकूच्या रंगद्रव्यावर अधिक चांगले केंद्रित केले जाऊ शकते.ते सुचवतात की स्टाइल्स-क्रॉफर्ड प्रभावाचे मोजमाप केल्याने रेटिनल रोग लवकर शोधण्यात मदत होऊ शकते, ज्यापैकी बरेच माइटोकॉन्ड्रियल नुकसान आणि बदल होतात.लीच्या टीमला रोगग्रस्त माइटोकॉन्ड्रिया प्रकाशावर वेगळ्या पद्धतीने कसे केंद्रित होते याचे विश्लेषण करायचे होते.

हे एक "सुंदर प्रायोगिक मॉडेल" आणि एक अतिशय नवीन शोध आहे, असे UCLA मधील नेत्रविज्ञानाचे सहाय्यक प्राध्यापक यिरॉन्ग पेंग म्हणाले, जे या अभ्यासात सहभागी नव्हते.हे माइटोकॉन्ड्रियल बंडल रात्रीची दृष्टी सुधारण्यासाठी रॉडच्या आत देखील कार्य करू शकतात का हे पाहणे मनोरंजक असेल, पेंग पुढे म्हणाले.

किमान शंकूमध्ये, हे मायटोकॉन्ड्रिया मायक्रोलेन्सेसमध्ये विकसित होऊ शकतात कारण त्यांचे पडदा लिपिड्सपासून बनलेले असतात जे नैसर्गिकरित्या प्रकाशाचे अपवर्तन करतात, ली म्हणाले."हे वैशिष्ट्यासाठी फक्त सर्वोत्तम सामग्री आहे."

लिपिड्स देखील हे कार्य निसर्गात इतरत्र आढळतात.पक्षी आणि सरपटणाऱ्या प्राण्यांमध्ये, रेटिनामध्ये तेलाचे थेंब नावाच्या रचना विकसित झाल्या आहेत ज्या रंग फिल्टर म्हणून काम करतात, परंतु मायटोकॉन्ड्रियल बंडल सारख्या मायक्रोलेन्स म्हणून देखील कार्य करतात असे मानले जाते.अभिसरण उत्क्रांतीच्या एका भव्य प्रकरणात, डोक्यावर फिरणारे पक्षी, त्यांच्या आनंददायक मानवी शिकाराभोवती गुंजन करणारे डास, तुम्ही हे स्वतंत्रपणे विकसित झालेल्या योग्य ऑप्टिकल वैशिष्ट्यांसह वाचता - दर्शकांना आकर्षित करणारे अनुकूलन.येथे एक स्पष्ट आणि उज्ज्वल जग येते.

संपादकाची टीप: यिरॉन्ग पेंग यांना क्लिंजेंस्टीन-सिमन्स फेलोशिपचा पाठिंबा मिळाला, हा प्रकल्प सिमन्स फाउंडेशनद्वारे समर्थित आहे, जो या स्वतंत्रपणे संपादित केलेल्या मासिकाला निधी देखील देतो.सिमन्स फाउंडेशनच्या निधी निर्णयाचा आमच्या अहवालावर परिणाम होत नाही.

सुधारणा: 6 एप्रिल, 2022 मुख्य प्रतिमेच्या शीर्षकाने सुरुवातीला चुकीच्या पद्धतीने माइटोकॉन्ड्रियल बंडलचा रंग पिवळ्याऐवजी जांभळा म्हणून ओळखला.जांभळा डाग बंडलच्या सभोवतालच्या पडद्याशी संबंधित आहे.
क्वांटा मासिक माहितीपूर्ण, अर्थपूर्ण आणि सभ्य संवादाला प्रोत्साहन देण्यासाठी पुनरावलोकने नियंत्रित करते.आक्षेपार्ह, निंदनीय, स्व-प्रचार, दिशाभूल करणाऱ्या, विसंगत किंवा विषयाबाहेरील टिप्पण्या नाकारल्या जातील.नियंत्रक सामान्य कामकाजाच्या वेळेत (न्यूयॉर्क वेळ) उघडे असतात आणि केवळ इंग्रजीमध्ये लिहिलेल्या टिप्पण्या स्वीकारू शकतात.