The vastsed de peces mis elavad sügavates vetes Nad on just teadusele üllatuse valmistanud: nende nägemine toimib viisil, mis ei sobi kokku klassikalistes bioloogiaõpikutes õpetatuga. Rahvusvaheline meeskond on tuvastanud nendes loomades täiesti ootamatu tüüpi silmaraku, mis on võimeline kõige paremini toimima hämaras ja videvikus – just selles keskkonnas, kus toimub suur osa nende varasest elust.
See avastus, mida juhtis Queenslandi ülikool (Austraalia) ja ajakirjas Science Advances avaldatud uuring mitte ainult ei sunni selgroogsete nägemissüsteemi kohta seni teadaolevat ümber hindama, vaid tekitab huvi ka nii erinevates valdkondades nagu ... uued kaamerad ja sensorid hämaras valguses pildistamiseks või inimeste silmahaiguste ravi uurimine.
Avastus, mis murrab klassikalise nägemiskäsiraamatu reeglid
Seni oli üldtunnustatud idee selge: selgroogsete nägemine See tugineb kahele erinevale fotoretseptorite tüübile: kolvikestele ja kepikestele. Esimesed on spetsialiseerunud ereda valguse ja värvide tajumisele, teised aga vastutavad nägemise eest hämaras, näiteks öösel või väga pimedas keskkonnas.
Teadlase juhitud meeskond Fabio Cortesi on aga näidanud, et vastsed teatud süvamere kalad Neil on a hübriidse silma rakutüüp mis ei mahu nii range jaotuse alla. See on fotoretseptor, mis ühendab endas koonuste molekulaarse mehhanismi ja geenid keppide pikliku kuju ja tüüpilisema struktuuriga.
See omaduste kombinatsioon muudab raku eriti tõhusaks süsteemiks nägemine hämarasSee juhtub siis, kui pole ei täielikku pimedust ega intensiivset valgust. Nagu Cortesi selgitab, kasutab see bioloogiline disain ära "mõlema maailma parimat": kepikeste madalat valgustundlikkust ja kolbikute molekulaarseid võimeid.
Funktsionaalsest vaatenurgast tähendab see, et vastsetel on peenelt häälestatud visuaalne lahendus, et maksimaalselt ära kasutada ookeani tungivaid viimaseid valguskiiri, mis on võtmetähtsusega ellujäämiseks keskkonnas, kus iga footon loeb.
Kuidas ja kus neid hübriidseid silmarakke uuriti
Nende järeldusteni jõudmiseks analüüsisid teadlased üksikasjalikult vastsete võrkkestad de peces püütud 20–200 meetri sügavuselt Punases meres mitmete mereuuringute kampaaniate ajal. See riba on täpselt veesambas hämarikuvöönd, kus päikesevalgus hakkab kiiresti nõrgenema.
Töö polnud kerge: Vastsed on umbes poole sentimeetri suurused. Nad on 1,5 meetrit pikad ja nende silmad on alla millimeetri suurused, mis nõuab ülitäpsete mikroskoopiliste ja molekulaarbioloogiliste tehnikate kasutamist. Teadlane Lily Fogg, kes on samuti uuringu autor, rõhutab selliste pisikeste struktuuride manipuleerimise ja uurimise keerukust neid kahjustamata.
Tulemused näitavad, et noorloomadena arenevad need kalad ookeanivööndis, kus nad peavad väga piiratud valguses leidma toitu ja vältima kiskjaid. Hiljem, täiskasvanuks saades, Paljud neist liikidest laskuvad peaaegu kilomeetri sügavusele., üks planeedi tumedamaid ja ulatuslikumaid elupaiku.
Nende hübriidrakkude olemasolu vastsetes viitab sellele, et nende visuaalne strateegia hakkab kuju võtma juba ammu enne, kui nad ookeani tumedamatesse piirkondadesse jäävad. Teisisõnu, nende visuaalne süsteem on juba väga varajases staadiumis peenhäälestatud, et reageerida üha äärmuslikumatele valgusgradientidele.
Kuidas need rakud aitavad kaasa nägemisele hämaras?
Selle uut tüüpi fotoretseptori kõige silmatorkavam omadus on see, et See integreerib koonustega seotud geneetilisi ja molekulaarseid komponente postide iseloomuliku kujuga. See kombinatsioon võimaldab eriti head jõudlust tingimustes, kus valgust on vähe, kuid mitte täiesti olematu.
Piklik ja võimalikult paljude footonite püüdmiseks optimeeritud vardakujuline struktuur on tugevdatud molekulaarse mehhanismiga, mis sarnaneb koonustega, mis on muutuva valgusega keskkondades mitmekülgsemad. Tulemuseks on rakk, mis kohandub väga hästi. hämaruses või hämaras keskkonnas, näiteks need, mida vastsed leiavad esimese paarisaja meetri sügavusel maapinnast.
Evolutsioonilisest vaatenurgast võib seda tüüpi hübriidlahendust vaadelda kui spetsiifiline reaktsioon elule sügavates veteskus heleduse muutused erinevatel sügavustasemetel sunnivad loomi oma visuaalset taju pidevalt kohandama.
Teadlased juhivad tähelepanu sellele, et see leid avab ukse teiste mereselgroogsete rühmade ülevaatamisele ja nende olemasolu hindamisele. sarnased variatsioonid nende visuaalsetes süsteemidesPraegu viitab kõik sellele, et ookeanisügavustes on endiselt palju üllatusi selle kohta, kuidas elu on suutnud näha sinna, kuhu valgus vaevu ulatub.
Potentsiaalsed rakendused pilditehnoloogias
Lisaks bioloogilisele huvile võiks seda tüüpi hübriidsed silmarakud olla inspiratsiooniks selliste rakkude disainimisel. uued andurid ja kaamerad mis on võimelised paremini toimima hämaras keskkonnas. Idee seisneb hämaras tundlikkuse ja hea signaalikvaliteedi kombineerimise põhimõtte ülekandmises tehisoptilistele süsteemidele.
Queenslandi Ülikooli meeskonna sõnul on selle jäljendamine... ainulaadne rakuline arhitektuur See võiks hõlbustada kaamerate või prillide väljatöötamist, mis toimivad suure tõhususega ka hämaras valguses, ohverdamata pildi teravust. Selline tehnoloogia oleks eriti kasulik sellistes valdkondades nagu mereteaduslik vaatlus, turvalisus, öine seire või isegi astronoomia.
Euroopas, kus on tugev tööstusharu täppisoptika ja andurid uurimistööksTeadusfotograafiale, ookeaniuuringutele või öönägemisseadmetele pühendunud laborid ja ettevõtted võiksid neist biomimeetilistest ideedest kasu saada. Neil on olemas väga rafineeritud looduslik mudel, millest uusi disainilahendusi ammutada.
Kuigi selle avastuse põhjal on veel vara konkreetseid tooteid näha, pakub ajakirjas Science Advances avaldatud töö ... detailne molekulaarne alus mille põhjal saavad insenerid hakata rakendusmudeleid ja simulatsioone ehitama.
Võimalikud meditsiinilised tagajärjed inimese nägemisele
Uuring viitab ka tervise valdkonnale. Selle mõistmine, kuidas need kalad neid arendavad ja säilitavad Hübriidsed visuaalsed rakud kõrge rõhu all ja hämaras valguses võib see aidata tuvastada uusi bioloogilisi radasid, mis on seotud inimese silmahaigustega.
Teadlased mainivad konkreetselt võimalust, et see teadmine võib olla asjakohane patoloogiad nagu glaukoommille puhul võrkkesta rakkude funktsioon on kahjustatud. Süvamere kalade fotoretseptorite vastupanu ja funktsiooni analüüsimine võib anda vihjeid kaitsvate või regeneratiivsete mehhanismide kohta.
Euroopa tervishoiusüsteemide jaoks, kus vanusega seotud silmahaigused ja silmasisene rõhk kujutavad endast üha suuremat probleemi, on igasugune edusamm võrkkesta bioloogia mõistmisel järjekordne pusletükk. Sellised uuringud laiendavad ... loommudelid uute terapeutiliste sihtmärkide uurimiseks.
Praegu on tegemist baasuuringuga, kuid asjaolu, et töö on avaldatud suure mõjuga ajakirjas, näitab, et teadusringkond näeb neid rakke kui reaalne potentsiaal tulevasteks kliinilisteks rakendustekskuigi sinna on veel pikk tee minna.
Kokkuvõttes võib öelda, et nende hübriidsete silmarakkude avastamine vastsetes de peces Süvamere vaatlused sunnivad meid ümber mõtlema selgroogsete nägemise kohta käivaid väljakujunenud paradigmasid ning samal ajal avavad need veenvaid teid uute pilditehnoloogiate ja potentsiaalsete meditsiiniliste lähenemisviiside jaoks. See, mis toimub sadade meetrite sügavusel pinna all olevas pisikeses silmas, võib lõppkokkuvõttes mõjutada seda, kuidas me maailma näeme, nii oma silmade kui ka iga päev kasutatavate kaamerate ja seadmete kaudu.
