کشف یک نوع سلول جدید در چشم

برای بیش از ۱۵۰ سال، بینایی در مهره‌داران به‌عنوان یک سیستم دو بخشی درک می‌شد: سلول‌های میله‌ای برای شرایط کم‌نور و سلول‌های مخروطی برای نور زیاد و دید رنگی. اکنون این تقسیم‌بندی زیر سؤال رفته، زیرا پژوهشگران دانشگاه کوئینزلند یک سلول هیبریدی جدید کشف کرده‌اند که این قانون را می‌شکند: گیرنده‌های نوریِ میله‌ای‌ شکل که برنامه‌های ژنتیکی اختصاصی مخروطی‌ها را اجرا می‌کنند.

در ماهی‌های لاروی اعماق دریا، این سلول‌ها در مراحل اولیه رشد غالب هستند. نتیجه نشان می‌دهد که بینایی می‌تواند مسیر متفاوتی را دنبال کند که با نور کم و میان‌مایه‌ای که این جانوران در آن زندگی می‌کنند، تنظیم شده است.

 آنچه درباره بیشتر مهره‌داران می‌دانیم، این است که بینایی در یک توالی مشخص رشد می‌کند: ابتدا مخروطی‌ها، سپس میله‌ای‌ها. به نظر می‌رسد ماهی‌های اعماق دریا این الگو را می‌شکنند و به جای آن به گیرنده‌های نوری هیبریدی برای حرکت و بقا در شرایط نور کم و پراکنده تکیه می‌کنند.

این مسیر جایگزین ممکن است بازتابی از محیط نوری غیرعادی باشد که این ماهی‌ها در مراحل اولیه زندگی در آن قرار دارند. برخلاف بیشتر لاروهای دریایی که زندگی خود را در آب‌های سطحیِ آفتاب‌گیر آغاز می‌کنند، بسیاری از گونه‌های اعماق دریا در عمق ستون آب رشد می‌کنند، در ناحیه «گرگ‌ومیشی».

در اینجا نور خورشید به یک درخشش بسیار ضعیف و فیلترشده تبدیل می‌شود، به‌اندازه‌ای که بتوان دید، اما بسیار دور از روشنایی‌ای که بیشتر ماهی‌های جوان تجربه می‌کنند. در این لایه کم‌نور، نه میله‌ای‌ها و نه مخروطی‌ها به‌تنهایی ایده‌آل نیستند و همین باعث ایجاد یک جایگاه می‌شود که در آن یک سیستم هیبریدی می‌تواند مزیت واضحی داشته باشد.

برای درک اینکه این گیرنده‌های نوری هیبریدی چگونه کار می‌کنند، پژوهشگران شبکیه ماهی‌های اعماق دریا را در سه گونه ماهی بررسی کردند. این نمونه‌ها در دریای سرخ، در عمق ۲۰ تا ۲۰۰ متری زیر سطح آب، طی مجموعه‌ای از اکتشافات دریایی که توسط پژوهشگرانی از جمله لیلی فاگ و فنی دو بوسرولس هدایت شده بودند، جمع‌آوری شدند.

پس از بررسی، محققان دریافتند که نمونه‌ها در سطح مولکولی داستان متفاوتی را نشان می‌دهند. این سلول‌های میله‌ای ‌شکل به‌طور گسترده ژن‌های اختصاصی مخروطی‌ها را بیان می‌کردند. به عبارت دیگر، آن‌ها شکل میله‌ای داشتند، اما مانند مخروطی‌ها عمل می‌کردند.

ساختارهای میله‌ای برای گرفتن هرچه بیشتر فوتون‌ها در شرایط نور بسیار کم بهینه شده‌اند، در حالی که ماشین مولکولی مشتق از مخروطی‌ها از پاسخ‌دهی سریع‌تر و بازیابی بهتر پشتیبانی می‌کند. در کنار هم، این ترکیب به این گیرنده‌های نوری هیبریدی یک مزیت در نور کم و متغیر می‌دهد.

با رشد این ماهی‌ها، در یکی از گونه‌ها سلول‌های میله‌ای‌شکل که ژن‌های مخروطی را بیان می‌کنند تا بزرگسالی غالب باقی می‌مانند. در دو گونه دیگر، شبکیه در نهایت به یک سیستم کم‌نور آشناتر تبدیل می‌شود و به سمت میله‌ای‌های واقعی تغییر می‌کند.

این یافته‌ها به یک سیستم بینایی انعطاف‌پذیرتر اشاره دارند، جایی که ساختار و عملکرد مولکولی همیشه با هم هم‌راستا نیستند. به جای دسته‌بندی‌های ثابت، به نظر می‌رسد گیرنده‌های نوری بتوانند در پاسخ به محیط تغییر کنند.

گیرنده‌های نوری مشابهی در دیگر مهره‌داران نیز مشاهده شده‌اند، از جمله خزندگان، دوزیستان و ماهی‌های بدون آرواره، اما نقش آن‌ها در رشد اولیه تاکنون عمدتاً به‌خوبی بررسی نشده بود. با توجه به اینکه گونه‌های بررسی‌شده در این مطالعه از شاخه‌های تکاملی دور از هم هستند، یافته‌ها نشان می‌دهد که این انعطاف‌پذیری در سیستم‌های بینایی ممکن است گسترده‌تر از آن چیزی باشد که قبلاً تصور می‌شد.

آنچه کمتر روشن است، این است که این انعطاف‌پذیری تا چه حد ادامه دارد. این‌که آیا این گیرنده‌های نوری هیبریدی یک نوع سلول واحد هستند که در طول زمان هویت خود را تغییر می‌دهند یا جمعیت‌های جداگانه‌ای هستند که در مراحل مختلف ظاهر می‌شوند، هنوز مشخص نیست.

مطالعات آینده باید تعیین کند که این سلول‌ها چگونه رشد می‌کنند و آیا آن‌ها یک شکل گذار هستند یا یک نوع گیرنده نوری مستقل و مجزا در نوع خودشان محسوب می‌شوند.

منبع: ایسنا