Illustration eines Mitochondriums. (Raj Creationsz/Shutterstock) Damit Sie diesen Artikel lesen können, müssen die Augen eine ganze Menge leisten: Licht dringt in die Hornhaut ein und gelangt durch die Pupille und die Linse zur Netzhaut auf der Rückseite, wo lichtempfindliche Zellen wie Zapfen und Stäbchen es dann an die Netzhaut weiterleiten Gehirn über elektrische Signale im Sehnerv.
Nun hat eine Studie diesem Prozess eine überraschende neue Sichtweise hinzugefügt. In Zapfenrezeptoren, Mitochondrien – die Sie vielleicht als die kennen Kraftwerk der Zelle – scheinen wie kleine „Mikrolinsen“ zu wirken, die dabei helfen, Photonen zu den Nervenzellen zu transportieren.
„Wir waren von diesem faszinierenden Phänomen überrascht, dass Mitochondrien offenbar einen doppelten Zweck haben.“ sagte der leitende Autor, der Neurologe Wei Li vom National Eye Institute, „ihre wohlbekannte metabolische Rolle bei der Energieerzeugung sowie dieser optische Effekt.“
Mitochondrien sind fabelhafte kleine Dinge Organellen . Sie haben den fleißigen Job in den Zellen erzeugen den Großteil der benötigten chemischen Energie , damit die Zelle ihre Funktionen erfüllen kann. Aber wenn Sie sich erinnern, wie sie aus dem Biologieunterricht aussehen, scheinen Mitochondrien keine Struktur zu sein, die Licht sehr effektiv umlenken könnte.
Vereinfachte Struktur eines Mitochondriums. ( Kelvinsong/Wikimedia/CC BY-SA 3.0 )
Dies erschien den Forschern besonders seltsam, da Mitochondrien im lichtempfindlichen äußeren Segment der Zapfen unserer Netzhaut positioniert sind. Das bedeutet, dass Licht direkt auf die Mitochondrien treffen kann, was möglicherweise dazu führen kann, dass Photonen in seltsame Richtungen gestreut oder sogar absorbiert werden, wodurch das Licht daran gehindert wird, die Nervenzellen überhaupt zu erreichen.
„Diese komplexen, lipidreichen Organellen sind auch bereit, den Lichtdurchgang in das äußere Segment zu beeinflussen“, schreiben die Forscher unter der Leitung des Wissenschaftlers John Ball vom National Eye Institute.
„Hier zeigen wir mithilfe von Live-Bildgebung und Simulationen, dass diese dicht gepackten Mitochondrien trotz des Risikos der Lichtstreuung oder -absorption das Licht für den Eintritt in das äußere Segment „fokussieren“ und dass der Umbau der Mitochondrien diese Lichtkonzentration beeinflusst.“
Die Forscher verwendeten das dreizehnzeilige Ziesel ( Ictidomys tridecemlineatus ) als ihr Modellorganismus. Diese Tiere sind nicht nachtaktiv, daher haben sie viele Zapfen, um Farben zu erkennen, und nicht so viele Stäbchen, um sie in der Dunkelheit zu sehen – zumindest im Vergleich zu vielen anderen Säugetieren. Dadurch konnten die Forscher eine isolierte Zapfenschicht untersuchen, die lebende Mitochondrien enthielt.
Die Eichhörnchen mussten leider eingeschläfert und ihre Augen seziert werden; Kurz nach dem Tod wurde die Netzhaut selbst in Abschnitte geschnitten und dann auf einen Objektträger gelegt, wobei Schichten entfernt wurden, bis nur noch die lichtempfindlichen Zellen (Photorezeptoren) übrig blieben.
Dies bedeutete, dass die Forscher bei noch lebenden Mitochondrien Licht in die Photorezeptoren strahlen konnten und so diesen interessanten Mikrolinseneffekt aufdecken konnten.
Obwohl die Zapfenzellen von Säugetieren alle ziemlich ähnlich sein sollten, können wir noch nicht bestätigen, dass dies definitiv auch in menschlichen Zellen geschieht – weitere Forschung muss dies klären. Aber das sieht vielversprechend aus und erklärt auch ein bestimmtes Unbekanntes über die Netzhaut von Säugetieren.
„Die linsenartige Funktion der Mitochondrien könnte auch das Phänomen erklären, das als Stiles-Crawford-Effekt bekannt ist.“ sagte Ball.
Der Stiles-Crawford-Effekt ist eine Eigenschaft von Zapfenrezeptoren, bei denen Licht, das in die Mitte der Pupille eintritt, eine stärkere Reaktion in unseren Zapfenzellen hervorruft als Licht, das näher am Rand eindringt.
Das Team fand experimentell und mithilfe von Computermodellen heraus, dass die Interaktion der Mitochondrien mit Licht mit dem Stiles-Crawford-Effekt übereinstimmte, was bedeutet, dass die Mitochondrien die Ursache sein könnten.
„Dieses ‚Mikrolinsen‘-ähnliche Merkmal der Kegelmitochondrien liefert Licht mit einer Winkelabhängigkeit, die dem Stiles-Crawford-Effekt ähnelt, und liefert eine einfache Erklärung für dieses wesentliche visuelle Phänomen, das die Auflösung verbessert.“ schrieb das Team.
Es sieht so aus, als ob das Kraftpaket der Zelle auch nebenbei als heimlicher Helfer für unsere Vision fungiert.
Der Artikel wurde veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritte .