на ларви de peces които живеят в дълбоки води Те току-що изненадаха науката: зрението им работи по начин, който не се вписва в преподаваното в класическите учебници по биология. Международен екип е идентифицирал у тези животни напълно неочакван тип очна клетка, способна да функционира най-добре при условия на слаб блясък и здрач, точно средата, в която протича голяма част от ранния им живот.
Това откритие, водено от Университет в Куинсланд (Австралия) и публикувано в списание Science Advances, не само налага преглед на това, което е било известно за зрителната система на гръбначните, но и предизвиква интерес в толкова разнообразни области, колкото разработването на нови камери и сензори за слаба светлина или изследването на лечения за човешки очни заболявания.
Откритие, което разбива класическото ръководство за зрение
Досега общоприетата идея беше ясна: зрение на гръбначни Разчита на два различни вида фоторецептори: конуси и пръчици. Първите са специализирани във възприятието на ярка светлина и цветове, докато вторите са отговорни за виждането в условия на слаба светлина, като например през нощта или в много тъмна среда.
Екипът, ръководен от изследователя Фабио Кортези показа обаче, че ларвите на някои дълбоководни риби те имат хибриден тип очни клетки което не се вписва в толкова строго разделение. Това е фоторецептор, който съчетава молекулярния механизъм и гените на колбичките с удължената форма и по-типичната структура на пръчките.
Тази комбинация от характеристики прави клетката особено ефективна система за зрение в условия на здрачТова се случва, когато няма нито пълна тъмнина, нито интензивна светлина. Както обяснява Кортези, този биологичен дизайн се възползва от „най-доброто от двата свята“: чувствителността на пръчиците към слаба светлина и молекулярните възможности на колбичките.
От функционална гледна точка това означава, че ларвите имат фино настроено визуално решение, за да се възползват максимално от последните лъчи светлина, които проникват в океана, нещо ключово за оцеляването в среда, където всеки фотон е от значение.
Как и къде са изследвани тези хибридни очни клетки
За да стигнат до тези заключения, учените са анализирали подробно ларвни ретини de peces заловен на дълбочина между 20 и 200 метра в Червено море, по време на няколко кампании за морски изследвания. Тази ивица е именно зоната на здрача във водния стълб, където слънчевата светлина започва бързо да отслабва.
Работата не беше лесна: Ларвите са с размери около половин сантиметър Те са дълги 1,5 метра, а очите им са с размер по-малък от милиметър, което изисква използването на високопрецизни микроскопски и молекулярно-биологични техники. Изследователката Лили Фог, също автор на изследването, подчертава трудността при манипулирането и изучаването на такива малки структури, без да се повредят.
Резултатите показват, че в ювенилния си стадий тези риби се развиват в океанска ивица, където трябва да намират храна и да избягват хищници при много ограничена светлина. По-късно, когато достигнат зряла възраст, Много от тези видове се спускат на дълбочина от близо един километър., едно от най-тъмните и обширни местообитания на планетата.
Наличието на тези хибридни клетки в ларвите предполага, че тяхната зрителна стратегия започва да се оформя много преди да се установят в по-тъмните части на океана. С други думи, тяхната зрителна система е фино настроена от много ранни етапи, за да реагира на все по-екстремни светлинни градиенти.
Какво допринасят тези клетки за зрението при слаба светлина?
Най-поразителната характеристика на този нов тип фоторецептор е, че Той интегрира генетични и молекулярни компоненти, свързани с конусите с характерната форма на стълбовете. Тази комбинация позволява особено добра производителност в условия, където светлината е оскъдна, но не и напълно липсваща.
Пръчковидна структура, удължена и оптимизирана да улавя колкото се може повече фотони, е подсилена от молекулярни механизми, подобни на тези на колбичките, които са по-гъвкави в среди с различна светлина. Резултатът е клетка, която се адаптира много добре към сумрак или сумрачна среда, като например тези, открити от ларвите в първите няколкостотин метра под повърхността.
От еволюционна гледна точка, този тип хибридно решение може да се разглежда като специфичен отговор на живота в дълбоки водикъдето промените в яркостта на различни нива на дълбочина принуждават животните непрекъснато да настройват зрителното си възприятие.
Изследователите посочват, че това откритие отваря вратата за преглед на други групи морски гръбначни животни и оценка на тяхното съществуване. подобни вариации в техните зрителни системиЗасега всичко подсказва, че океанските дълбини все още крият много изненади за това как животът е успял да види там, където светлината едва достига.
Потенциални приложения в технологията за изображения
Освен биологичния си интерес, този тип хибридни очни клетки биха могли да послужат като вдъхновение за дизайна на... нови сензори и камери способни да се представят по-добре в условия на слаба светлина. Идеята е да се пренесе принципът на комбиниране на чувствителност при слаба светлина с добро качество на сигнала към изкуствени оптични системи.
Според екипа от Университета на Куинсланд, имитирайки това уникална клетъчна архитектура Това би могло да улесни разработването на камери или очила, които функционират с голяма ефективност при условия на слаба светлина, без да се жертва рязкостта на изображението. Този тип технология би била особено полезна в области като морски научни наблюдения, сигурност, нощно наблюдение или дори астрономия.
Европа, със силна индустрия в прецизна оптика и сензори за изследванияЛаборатории и компании, посветени на научна фотография, изследване на океана или оборудване за нощно виждане, биха могли да се възползват от тези биомиметични идеи. Те разполагат с висококачествен природен модел, от който да черпят нови дизайнерски подходи.
Въпреки че е все още твърде рано да се видят конкретни продукти, базирани на това откритие, работата, публикувана в Science Advances, предоставя... подробна молекулярна основа върху които инженерите могат да започнат да изграждат приложни модели и симулации.
Възможни медицински последици за човешкото зрение
Проучването също така посочва областта на здравето. Разбирането как тези риби развиват и поддържат тези хибридни зрителни клетки под високо налягане и при условия на слаба светлина би могло да помогне за идентифицирането на нови биологични пътища, свързани с човешки очни заболявания.
Изследователите специално споменават възможността това знание да е от значение за патологии като глаукомапри които функцията на клетките на ретината е нарушена. Анализът на това как фоторецепторите на дълбоководните риби се съпротивляват и функционират, би могъл да даде информация за защитните или регенеративните механизми.
За европейските здравни системи, където свързаните с възрастта очни заболявания и вътреочното налягане представляват нарастващо предизвикателство, всеки напредък в разбирането на биологията на ретината е още едно парче от пъзела. Проучвания като това разширяват обхвата на животински модели за изследване на нови терапевтични цели.
Засега това е фундаментално изследване, но фактът, че работата е публикувана в списание с висок импакт, показва, че научната общност разглежда тези клетки като реален потенциал за бъдещи клинични приложениявъпреки че все още има дълъг път.
Взети заедно, откритието на тези хибридни очни клетки в ларвите de peces Наблюденията в дълбоки води ни принуждават да преосмислим установените парадигми за зрението на гръбначните животни и същевременно откриват убедителна възможност за нови технологии за образна диагностика и потенциални медицински подходи. Това, което се случва в едно малко око, потопено на стотици метри под повърхността, в крайна сметка би могло да повлияе на начина, по който виждаме света, както през собствените си очи, така и чрез камерите и устройствата, които използваме всеки ден.
