Los paquetes de mitocondrias (amarillo) dentro de los conos fotorreceptores de tuza juegan un papel inesperado en el enfoque más preciso de la luz difusa (resplandor desde abajo) (rayo azul).Este comportamiento óptico puede mejorar la visión al hacer que los pigmentos en las células cónicas sean más eficientes para capturar la luz.
Un mosquito te observa a través de una matriz de microlentes.Giras la cabeza, sostienes el matamoscas en la mano y miras al vampiro con tu humilde ojo de lente única.Pero resulta que pueden verse el uno al otro, y al mundo, más de lo que creen.
Un estudio publicado el mes pasado en la revista Science Advances encontró que dentro del ojo de los mamíferos, las mitocondrias, los orgánulos que nutren las células, pueden asumir un segundo papel de microlente, ayudando a enfocar la luz en los fotopigmentos, estos pigmentos convierten la luz en señales nerviosas para que el cerebro interpretar.Los hallazgos muestran sorprendentes similitudes entre los ojos de los mamíferos y los ojos compuestos de los insectos y otros artrópodos, lo que sugiere que nuestros propios ojos tienen una complejidad óptica latente y que la evolución ha hecho que una parte muy antigua de nuestra anatomía celular se encuentre para nuevos usos.
El cristalino en la parte delantera del ojo enfoca la luz del entorno en una capa delgada de tejido en la parte posterior, llamada retina.Allí, las células fotorreceptoras, los conos que colorean nuestro mundo y los bastones que nos ayudan a navegar en condiciones de poca luz, absorben la luz y la convierten en señales neuronales que van al cerebro.Pero los fotopigmentos están ubicados al final de los fotorreceptores, inmediatamente detrás del grueso haz mitocondrial.La extraña disposición de este paquete convierte a las mitocondrias en obstáculos aparentemente innecesarios que dispersan la luz.
Las mitocondrias son la "última barrera" para las partículas de luz, dijo Wei Li, investigador principal del Instituto Nacional del Ojo y autor principal del artículo.Durante muchos años, los científicos de la visión no pudieron entender esta extraña disposición de estos orgánulos; después de todo, las mitocondrias de la mayoría de las células se adhieren a su orgánulo central: el núcleo.
Algunos científicos han sugerido que estos haces pueden haber evolucionado no muy lejos de donde las señales de luz se convierten en señales neuronales, un proceso intensivo en energía que permite que la energía se bombee fácilmente y se entregue rápidamente.Pero luego la investigación comenzó a mostrar que los fotorreceptores no necesitan tantas mitocondrias para obtener energía; en cambio, pueden obtener más energía en un proceso llamado glucólisis, que ocurre en el citoplasma gelatinoso de la célula.
Lee y su equipo aprendieron sobre el papel de estos tractos mitocondriales al analizar las células cónicas de una tuza, un pequeño mamífero que tiene una excelente visión diurna pero que en realidad es ciego por la noche porque sus fotorreceptores cónicos son desproporcionadamente grandes.
Después de que las simulaciones por computadora mostraran que los paquetes mitocondriales podrían tener propiedades ópticas, Lee y su equipo comenzaron a experimentar con objetos reales.Usaron muestras delgadas de retinas de ardilla, y la mayoría de las células se eliminaron, excepto por unos pocos conos, por lo que "obtuvieron solo una bolsa de mitocondrias" cuidadosamente empaquetadas dentro de una membrana, dijo Lee.
Al iluminar esta muestra y examinarla cuidadosamente con un microscopio confocal especial diseñado por John Ball, científico del laboratorio de Lee y autor principal del estudio, encontramos un resultado inesperado.La luz que pasa a través del haz mitocondrial aparece como un haz brillante y bien enfocado.Los investigadores tomaron fotos y videos de la luz que penetra en la oscuridad a través de estas microlentes, donde los fotopigmentos esperan en los animales vivos.
El paquete mitocondrial juega un papel clave, no como un obstáculo, sino en la entrega de la mayor cantidad de luz posible a los fotorreceptores con una pérdida mínima, dice Li.
Usando simulaciones, él y sus colegas confirmaron que el efecto de lente es causado principalmente por el propio paquete mitocondrial, y no por la membrana que lo rodea (aunque la membrana juega un papel).Una peculiaridad de la historia natural de la tuza también les ayudó a demostrar que la forma del haz mitocondrial es fundamental para su capacidad de concentración: durante los meses que la tuza hiberna, sus haces mitocondriales se desordenan y se encogen.Cuando los investigadores modelaron lo que sucede cuando la luz pasa a través del haz mitocondrial de una ardilla terrestre dormida, descubrieron que no concentra la luz tanto como cuando está estirada y muy ordenada.
En el pasado, otros científicos sugirieron que los paquetes mitocondriales podrían ayudar a recolectar luz en la retina, señala Janet Sparrow, profesora de oftalmología en el Centro Médico de la Universidad de Columbia.Sin embargo, la idea parecía extraña: “Algunas personas como yo se rieron y dijeron: 'Vamos, ¿realmente tienes tantas mitocondrias para guiar la luz?'- ella dijo.“Realmente es un documento que lo prueba, y es muy bueno”.
Lee y sus colegas creen que lo que observaron en las tuzas también podría estar ocurriendo en humanos y otros primates, que tienen una estructura piramidal muy similar.Piensan que incluso podría explicar un fenómeno descrito por primera vez en 1933 llamado efecto Stiles-Crawford, en el que la luz que pasa por el centro de la pupila se considera más brillante que la luz que pasa en ángulo.Debido a que la luz central puede enfocarse más en el haz mitocondrial, los investigadores creen que podría enfocarse mejor en el pigmento del cono.Sugieren que medir el efecto Stiles-Crawford podría ayudar en la detección temprana de enfermedades de la retina, muchas de las cuales conducen a daños y cambios mitocondriales.El equipo de Lee quería analizar cómo las mitocondrias enfermas enfocan la luz de manera diferente.
Es un "hermoso modelo experimental" y un descubrimiento muy nuevo, dijo Yirong Peng, profesor asistente de oftalmología en la UCLA que no participó en el estudio.Será interesante ver si estos paquetes mitocondriales también pueden funcionar dentro de las varillas para mejorar la visión nocturna, agregó Peng.
Al menos en los conos, estas mitocondrias podrían haber evolucionado hasta convertirse en microlentes porque sus membranas están formadas por lípidos que refractan la luz de forma natural, dijo Lee.“Es simplemente el mejor material para la película”.
Los lípidos también parecen encontrar esta función en otros lugares de la naturaleza.En aves y reptiles, se han desarrollado en la retina estructuras llamadas gotitas de aceite que sirven como filtros de color, pero también se cree que funcionan como microlentes, como haces mitocondriales.En un gran caso de evolución convergente, pájaros dando vueltas en lo alto, mosquitos zumbando alrededor de su deliciosa presa humana, lee esto con características ópticas apropiadas que han evolucionado de forma independiente, adaptaciones que atraen a los espectadores.Aquí viene un mundo claro y brillante.
Nota del editor: Yirong Peng recibió el apoyo de la Beca Klingenstein-Simons, un proyecto apoyado en parte por la Fundación Simons, que también financia esta revista editada de forma independiente.La decisión de financiación de la Fundación Simmons no afecta nuestros informes.
Corrección: 6 de abril de 2022 El título de la imagen principal inicialmente identificaba incorrectamente el color de los haces mitocondriales como púrpura en lugar de amarillo.La tinción púrpura se asocia con la membrana que rodea el haz.
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Hora de publicación: 22 de agosto de 2022
