Kumpulan mitokondria (kuning) di dalam kerucut fotoreseptor gopher memainkan peran yang tidak terduga dalam pemfokusan cahaya difus yang lebih tepat (bersinar dari bawah) (sinar biru).Perilaku optik ini dapat meningkatkan penglihatan dengan membuat pigmen dalam sel kerucut lebih efisien dalam menangkap cahaya.
Seekor nyamuk mengawasi Anda melalui susunan lensa mikro.Anda menoleh, memegang pemukul lalat di tangan Anda, dan melihat vampir dengan mata rendah hati Anda.Tetapi ternyata Anda dapat melihat satu sama lain – dan dunia – lebih dari yang Anda pikirkan.
Sebuah studi yang diterbitkan bulan lalu di jurnal Science Advances menemukan bahwa di dalam mata mamalia, mitokondria, organel pemberi nutrisi sel, dapat mengambil peran lensa mikro kedua, membantu memfokuskan cahaya pada fotopigmen, pigmen ini mengubah cahaya menjadi sinyal saraf untuk otak. menafsirkan.Temuan menunjukkan kesamaan mencolok antara mata mamalia dan mata majemuk serangga dan artropoda lainnya, menunjukkan bahwa mata kita sendiri memiliki kompleksitas optik laten dan evolusi telah membuat bagian yang sangat kuno dari anatomi seluler kita ditemukan untuk kegunaan baru.
Lensa di bagian depan mata memfokuskan cahaya dari lingkungan ke lapisan tipis jaringan di bagian belakang, yang disebut retina.Di sana, sel fotoreseptor — kerucut yang mewarnai dunia kita dan batang yang membantu kita menavigasi dalam cahaya rendah — menyerap cahaya dan mengubahnya menjadi sinyal saraf yang menuju ke otak.Tetapi fotopigmen terletak di ujung fotoreseptor, tepat di belakang bundel mitokondria yang tebal.Susunan aneh dari bundel ini mengubah mitokondria menjadi penghalang hamburan cahaya yang tampaknya tidak perlu.
Mitokondria adalah "penghalang terakhir" untuk partikel cahaya, kata Wei Li, peneliti senior di National Eye Institute dan penulis utama makalah tersebut.Selama bertahun-tahun, para ilmuwan penglihatan tidak dapat memahami susunan aneh dari organel-organel ini – lagi pula, mitokondria sebagian besar sel melekat pada organel pusatnya – nukleus.
Beberapa ilmuwan telah menyarankan bahwa sinar ini mungkin telah berevolusi tidak jauh dari tempat sinyal cahaya diubah menjadi sinyal saraf, sebuah proses intensif energi yang memungkinkan energi untuk dengan mudah dipompa dan dikirimkan dengan cepat.Tapi kemudian penelitian mulai menunjukkan bahwa fotoreseptor tidak membutuhkan banyak mitokondria untuk energi—sebaliknya, mereka bisa mendapatkan lebih banyak energi dalam proses yang disebut glikolisis, yang terjadi di sitoplasma sel agar-agar.
Lee dan timnya belajar tentang peran saluran mitokondria ini dengan menganalisis sel kerucut gopher, mamalia kecil yang memiliki penglihatan siang hari yang sangat baik tetapi sebenarnya buta di malam hari karena fotoreseptor kerucutnya tidak proporsional besar.
Setelah simulasi komputer menunjukkan bahwa bundel mitokondria dapat memiliki sifat optik, Lee dan timnya memulai eksperimen pada objek nyata.Mereka menggunakan sampel tipis retina tupai, dan sebagian besar sel diambil kecuali beberapa sel kerucut, jadi mereka "hanya mendapat sekantong mitokondria" yang dikemas rapi di dalam membran, kata Lee.
Dengan menyinari sampel ini dan memeriksanya dengan cermat di bawah mikroskop confocal khusus yang dirancang oleh John Ball, seorang ilmuwan di lab Lee dan penulis utama studi tersebut, kami menemukan hasil yang tidak terduga.Cahaya yang melewati berkas mitokondria muncul sebagai sinar terang yang terfokus tajam.Para peneliti mengambil foto dan video cahaya yang menembus kegelapan melalui lensa mikro ini, tempat fotopigmen menunggu pada hewan hidup.
Bundel mitokondria memainkan peran kunci, bukan sebagai penghalang, tetapi dalam memberikan cahaya sebanyak mungkin ke fotoreseptor dengan kehilangan minimal, kata Li.
Menggunakan simulasi, ia dan rekan-rekannya menegaskan bahwa efek lensa terutama disebabkan oleh bundel mitokondria itu sendiri, dan bukan oleh membran di sekitarnya (meskipun membran berperan).Kekhasan sejarah alam gopher juga membantu mereka menunjukkan bahwa bentuk bundel mitokondria sangat penting untuk kemampuannya untuk fokus: selama bulan-bulan gopher hibernasi, bundel mitokondrianya menjadi tidak teratur dan menyusut.Ketika para peneliti memodelkan apa yang terjadi ketika cahaya melewati bundel mitokondria dari tupai tanah tidur, mereka menemukan bahwa itu tidak memusatkan cahaya sebanyak ketika direntangkan dan sangat teratur.
Di masa lalu, ilmuwan lain telah menyarankan bahwa bundel mitokondria dapat membantu mengumpulkan cahaya di retina, catat Janet Sparrow, profesor oftalmologi di Columbia University Medical Center.Namun, idenya tampak aneh: “Beberapa orang seperti saya tertawa dan berkata, 'Ayo, apakah Anda benar-benar memiliki banyak mitokondria untuk memandu cahaya?'- dia berkata.“Ini benar-benar dokumen yang membuktikannya – dan itu sangat bagus.”
Lee dan rekan-rekannya percaya bahwa apa yang mereka amati pada gophers juga bisa terjadi pada manusia dan primata lainnya, yang memiliki struktur piramida yang sangat mirip.Mereka pikir itu bahkan mungkin menjelaskan fenomena yang pertama kali dijelaskan pada tahun 1933 yang disebut efek Stiles-Crawford, di mana cahaya yang melewati pusat pupil dianggap lebih terang daripada cahaya yang lewat pada suatu sudut.Karena cahaya pusat bisa lebih terfokus pada bundel mitokondria, para peneliti berpikir itu bisa lebih fokus pada pigmen kerucut.Mereka menyarankan bahwa mengukur efek Stiles-Crawford dapat membantu dalam deteksi dini penyakit retina, yang banyak di antaranya menyebabkan kerusakan dan perubahan mitokondria.Tim Lee ingin menganalisis bagaimana mitokondria yang sakit memfokuskan cahaya secara berbeda.
Ini adalah "model eksperimental yang indah" dan penemuan yang sangat baru, kata Yirong Peng, asisten profesor oftalmologi di UCLA yang tidak terlibat dalam penelitian ini.Akan menarik untuk melihat apakah bundel mitokondria ini juga dapat berfungsi di dalam batang untuk meningkatkan penglihatan pada malam hari, tambah Peng.
Setidaknya di sel kerucut, mitokondria ini bisa berevolusi menjadi lensa mikro karena membrannya terdiri dari lipid yang secara alami membiaskan cahaya, kata Lee.“Ini hanya bahan terbaik untuk fitur ini.”
Lipid juga tampaknya menemukan fungsi ini di tempat lain di alam.Pada burung dan reptil, struktur yang disebut tetesan minyak telah berkembang di retina yang berfungsi sebagai filter warna, tetapi juga dianggap berfungsi sebagai lensa mikro, seperti bundel mitokondria.Dalam kasus besar evolusi konvergen, burung berputar-putar di atas, nyamuk berdengung di sekitar mangsa manusia yang menyenangkan, Anda membaca ini dengan fitur optik yang sesuai yang telah berevolusi secara independen – adaptasi yang menarik pemirsa.Di sinilah dunia yang jelas dan cerah.
Catatan editor: Yirong Peng menerima dukungan dari Klingenstein-Simons Fellowship, sebuah proyek yang sebagian didukung oleh Yayasan Simons, yang juga mendanai majalah yang diedit secara independen ini.Keputusan pendanaan dari Simmons Foundation tidak mempengaruhi pelaporan kami.
Koreksi: 6 April 2022 Judul gambar utama awalnya salah mengidentifikasi warna bundel mitokondria sebagai ungu, bukan kuning.Pewarnaan ungu dikaitkan dengan membran yang mengelilingi bundel.
Majalah Quanta memoderasi ulasan untuk mempromosikan dialog yang terinformasi, bermakna, dan beradab.Komentar yang menyinggung, menghujat, mempromosikan diri sendiri, menyesatkan, tidak koheren, atau di luar topik akan ditolak.Moderator buka selama jam kerja normal (waktu New York) dan hanya dapat menerima komentar yang ditulis dalam bahasa Inggris.
Waktu posting: 22 Agustus-2022
