Feixes de mitocôndrias (amarelo) dentro de cones fotorreceptores gopher desempenham um papel inesperado na focagem mais precisa da luz difusa (brilho de baixo) (feixe azul).Esse comportamento óptico pode melhorar a visão, tornando os pigmentos nas células de cone mais eficientes na captura de luz.
Um mosquito está observando você através de uma matriz de microlentes.Você vira a cabeça, segura o mata-moscas em sua mão e olha para o vampiro com seu humilde olho de lente única.Mas acontece que vocês podem se ver – e o mundo – mais do que imaginam.
Um estudo publicado no mês passado na revista Science Advances descobriu que dentro do olho dos mamíferos, as mitocôndrias, organelas nutridoras das células, podem assumir um segundo papel de microlente, ajudando a focar a luz nos fotopigmentos, esses pigmentos convertem a luz em sinais nervosos para o cérebro. interpretar.As descobertas mostram semelhanças impressionantes entre os olhos dos mamíferos e os olhos compostos de insetos e outros artrópodes, sugerindo que nossos próprios olhos têm complexidade óptica latente e que a evolução fez uma parte muito antiga de nossa anatomia celular encontrada para novos usos.
A lente na frente do olho concentra a luz do ambiente em uma fina camada de tecido na parte de trás, chamada retina.Lá, as células fotorreceptoras – os cones que colorem nosso mundo e os bastonetes que nos ajudam a navegar com pouca luz – absorvem a luz e a convertem em sinais neurais que vão para o cérebro.Mas os fotopigmentos estão localizados na extremidade dos fotorreceptores, imediatamente atrás do espesso feixe mitocondrial.O estranho arranjo desse feixe transforma as mitocôndrias em obstáculos de dispersão de luz aparentemente desnecessários.
As mitocôndrias são a “última barreira” às partículas de luz, disse Wei Li, pesquisador sênior do National Eye Institute e principal autor do artigo.Por muitos anos, os cientistas da visão não conseguiram entender esse estranho arranjo dessas organelas – afinal, as mitocôndrias da maioria das células se apegam à sua organela central – o núcleo.
Alguns cientistas sugeriram que esses feixes podem ter evoluído não muito longe de onde os sinais de luz são convertidos em sinais neurais, um processo de uso intensivo de energia que permite que a energia seja facilmente bombeada e entregue rapidamente.Mas então a pesquisa começou a mostrar que os fotorreceptores não precisam de tantas mitocôndrias para obter energia - em vez disso, eles podem obter mais energia em um processo chamado glicólise, que ocorre no citoplasma gelatinoso da célula.
Lee e sua equipe aprenderam sobre o papel desses tratos mitocondriais analisando as células cone de um gopher, um pequeno mamífero que tem excelente visão diurna, mas na verdade é cego à noite porque seus fotorreceptores de cone são desproporcionalmente grandes.
Depois que simulações de computador mostraram que os feixes mitocondriais poderiam ter propriedades ópticas, Lee e sua equipe começaram experimentos em objetos reais.Eles usaram amostras finas de retinas de esquilo, e a maioria das células foi removida, exceto alguns cones, então eles “receberam apenas um saco de mitocôndrias” cuidadosamente embalados dentro de uma membrana, disse Lee.
Ao iluminar esta amostra e examiná-la cuidadosamente sob um microscópio confocal especial projetado por John Ball, cientista do laboratório de Lee e principal autor do estudo, encontramos um resultado inesperado.A luz que passa pelo feixe mitocondrial aparece como um feixe brilhante e nitidamente focalizado.Os pesquisadores tiraram fotos e vídeos de luz penetrando na escuridão através dessas microlentes, onde os fotopigmentos aguardam em animais vivos.
O feixe mitocondrial desempenha um papel fundamental, não como um obstáculo, mas em fornecer o máximo de luz possível aos fotorreceptores com perda mínima, diz Li.
Usando simulações, ele e seus colegas confirmaram que o efeito da lente é causado principalmente pelo próprio feixe mitocondrial, e não pela membrana ao redor dele (embora a membrana desempenhe um papel).Uma peculiaridade da história natural do gopher também os ajudou a demonstrar que a forma do feixe mitocondrial é fundamental para sua capacidade de foco: durante os meses em que o gopher hiberna, seus feixes mitocondriais ficam desordenados e encolhem.Quando os pesquisadores modelaram o que acontece quando a luz passa pelo feixe mitocondrial de um esquilo adormecido, eles descobriram que ele não concentra a luz tanto quanto quando é esticado e altamente ordenado.
No passado, outros cientistas sugeriram que os feixes mitocondriais podem ajudar a coletar luz na retina, observa Janet Sparrow, professora de oftalmologia do Centro Médico da Universidade de Columbia.No entanto, a ideia parecia estranha: “Algumas pessoas como eu riram e disseram: 'Vamos, você realmente tem tantas mitocôndrias para guiar a luz?'- ela disse.“É realmente um documento que prova isso – e é muito bom.”
Lee e seus colegas acreditam que o que observaram em gophers também pode estar acontecendo em humanos e outros primatas, que têm uma estrutura piramidal muito semelhante.Eles acham que isso pode até explicar um fenômeno descrito pela primeira vez em 1933 chamado efeito Stiles-Crawford, no qual a luz que passa pelo centro da pupila é considerada mais brilhante do que a luz que passa em ângulo.Como a luz central pode ser mais focada no feixe mitocondrial, os pesquisadores acham que poderia ser melhor focada no pigmento do cone.Eles sugerem que medir o efeito Stiles-Crawford pode ajudar na detecção precoce de doenças da retina, muitas das quais levam a danos e alterações mitocondriais.A equipe de Lee queria analisar como as mitocôndrias doentes focalizam a luz de maneira diferente.
É um “belo modelo experimental” e uma descoberta muito nova, disse Yirong Peng, professor assistente de oftalmologia da UCLA que não esteve envolvido no estudo.Será interessante ver se esses feixes mitocondriais também podem funcionar dentro de bastonetes para melhorar a visão noturna, acrescentou Peng.
Pelo menos em cones, essas mitocôndrias podem ter evoluído para microlentes porque suas membranas são compostas de lipídios que naturalmente refratam a luz, disse Lee.“É simplesmente o melhor material para o recurso.”
Os lipídios também parecem encontrar essa função em outros lugares da natureza.Em pássaros e répteis, estruturas chamadas gotículas de óleo se desenvolveram na retina que servem como filtros de cor, mas também funcionam como microlentes, como os feixes mitocondriais.Em um grande caso de evolução convergente, pássaros circulando no céu, mosquitos zumbindo em torno de suas deliciosas presas humanas, você lê isso com recursos ópticos apropriados que evoluíram de forma independente – adaptações que atraem os espectadores.Aí vem um mundo claro e brilhante.
Nota do editor: Yirong Peng recebeu o apoio da Klingenstein-Simons Fellowship, um projeto apoiado em parte pela Simons Foundation, que também financia esta revista editada de forma independente.A decisão de financiamento da Fundação Simmons não afeta nossos relatórios.
Correção: 6 de abril de 2022 O título da imagem principal inicialmente identificou incorretamente a cor dos feixes mitocondriais como roxo em vez de amarelo.A coloração roxa está associada à membrana que envolve o feixe.
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Horário da postagem: 22 de agosto de 2022
