fot. Depositphotos

X- mysz, która widzi w ciemności

DR N. MED. MAGDALENA KAWALEC-SEGOND

Jeśli damy sobie wbić igłę w oko, to już niebawem, podobnie jak laboratoryjne gryzonie, możemy być obdarzeni supermocą widzenia w ciemnościach, niczym herosi popularnych komiksów i superbohaterowie popkultury. Na razie chińscy uczeni zdołali – dosłownie – wstrzyknąć nano-noktowizjer myszom.

W siatkówce ludzkiego oka jest ok. 120 mln pręcików, dzięki którym widzimy świat biało-czarny. I 6 mln czopków, dających nam wrażenie kolorów. Gdyby oko było kamerą cyfrową, miałoby rozdzielczość 576 megapikseli. Dla porównania: w aparatach fotograficznych są matryce o rozdzielczościach od kilku do 80 megapikseli. Największe matryce stosowane w obserwatoriach astronomicznych mają od 65 do ponad 100
megapikseli.

WIDZENIE KOLOROWE ZALEŻY OD BIAŁEK

Choć zatem oko to cud, widzenie przy słabym oświetleniu za pomocą samych pręcików to widzenie obiektów poruszających się i zarysów oraz konturów (słaba rozdzielczość). Wynika to głównie ze sposobu, w jaki ta informacja zbiorczo – za pomocą interneuronów – dociera do mózgu. Mimo że pręcik jest stukrotnie czulszy na światło od czopka i zdolny jest teoretycznie zareagować na pojedynczy foton, w ciemności jesteśmy ślepi jak krety. Jako wyższe naczelne i tak jesteśmy wśród ssaków szczęściarzami, mamy bowiem trzy typy czopków, co pozwala nam widzieć całe barwne spektrum. Nasi odlegli małpi przodkowie widzieli od zawsze jedynie zielonkawożółty, a w toku ewolucji zaczęli odróżniać czerwony od zielonego i purpurowy od niebieskiego. Widzenie kolorowe zależy od białek, zwanych jodopsynami, które są produkowane w czopkach. Posiadane przez nas trzy jodopsyny pokrywają swą receptorową wrażliwością wszystkie długości fal „barwnych” – od fioletowej do czerwonej. Małpy odległe od nas ewolucyjnie mają tylko dwie jodopsyny. Na dwóch różnych chromosomach. Nasza jodopsyna 3 sąsiaduje z jodpopsyną 2 na tym samym chromosomie i klarownie gen ten wyewoluował przez duplikację i powolne nagromadzenie mutacji w nowopowstającym wariancie. Tak powstało białko pozwalające nam odróżniać czerwony od zielonego i purpurowy od niebieskiego. Mózg nauczył się wykorzystywać sygnały z niego płynące właściwie natychmiast, co wiadomo dzięki eksperymentom na transgenicznych makakach wyposażonych w ludzką jodopsynę 3. Było to zresztą jednym z impulsów dynamicznego rozwoju naszego mózgu. Tak to ukształtowało nas pragnienie znajdowania na drzewach i zjadania kolorowych, odżywczych owoców oraz lęk przed doskonale tam ukrytym wśród liści kolorowym i nieruchliwym wężem. Otworzyły się nam oczy i zobaczyliśmy świat takim, jakim jest, zjadając owoc i dostrzegając węża – o tym mówi najbardziej chyba znane opowiadanie na świecie, czyż nie? Aczkolwiek jest to raczej domena badań etnologów niż medyków. Myszy mają zatem tylko dwa typy czopków i widzą świat znacznie mniej barwnym.

WIDZENIE W PODCZERWIENI

Jak opisuje w swojej pracy dotyczącej użyteczności gryzoni w badaniach nad widzeniem Stuart N. Peirson (J Neurosci Methods, 2018), mysz jako stworzenie nocne, a funkcjonalnie w porównaniu z człowiekiem praktycznie ślepe, posługuje się głównie zmysłami węchu, dotyku i słuchu. Co nie powoduje, by nie dało się z wykorzystaniem myszy badać zjawisk związanych z widzeniem, zachowań sterowanych przez wzrok itp. Myszy są zdolne do wzrokowej detekcji obiektu oraz rozróżniania wzorów, ich wzrok jest zaś w stanie samodzielnie wykryć ruch czy zmianę natężenia światła. Można zatem za pomocą przemyślnych testów (np. wizualnego labiryntu wodnego) badać proces widzenia na myszach i ekstrapolować wyniki na ludzi. Oczywiście bowiem same pomiary wykonane elektroretinografią nie mówią nam, jak w istocie mysz widzi – czyli co się dokładnie „objawia” w jej mózgu, gdy następuje pobudzenie siatkówki. Dzięki wieloletnim eksperymentom z zakresu fizjologii widzenia, zwłaszcza noblisty George’a Walda, wiadomo, że pręciki są znacznie bardziej czułe na światło niebieskie niż czerwone. W ciemności zatem światło niebieskie widzimy jako znacznie jaśniejsze, czerwone zaś ciemniejsze, niż jest. I dlatego kolor żaróweczek LED pomagających nam odnaleźć w ciemności włącznik elektryczny jest niebieski, a nie czerwony. Niestety, również czopki są niezdolne zobaczyć światło o długości fali przekraczającej 700 nm, a to oznacza, że nie oglądamy podczerwieni. Nie widzimy w ciemnościach. To, z czym nie radzą sobie ssaki, bywa osiągalne dla węży czy niektórych płazów. Są zatem kręgowce zdolne widzieć w ciemności, aby w niej polować. Zwierzęta ciepłokrwiste (ptaki i ssaki) nie mogą widzieć podczerwieni, bo same sporo jej emitują w formie ciepła właśnie. Co innego choćby żmijowate – ta rodzina węży, gdzie znajdziemy pytony, boa i grzechotniki, ma szczególnie dobrze rozwiniętą zdolność wyczuwania ciepła w ciemności, czyli „widzenia w podczerwieni”. Dzięki temu zmysłowi polują one na ciepłokrwiste zwierzęta nocne. Gadzie „widzenie” w podczerwieni nie mieści się jednak w oczach, ale wokół szczęk – specjalne komórki detektorowe wyładowane kanałami jonowymi wrażliwymi na zmianę temperatury znajdują się właśnie tam w specjalnych zagłębieniach. Na innej zasadzie widzą podczerwień owady ssące krew. Te dokonują detekcji „markera” ciepła, czyli CO2. Z kolei wielkie agresywne żaby widzą światło podczerwone dzięki enzymowi związanemu z witaminą A. Jest im to potrzebne, aby móc jednocześnie obserwować świat nad i pod powierzchnią wody, a skoro praw fizyki nie da się zmienić i fala świetlna zmieniając ośrodek z rzadszego na gęstszy załamie się i spowolni, to stworzenie ziemno-wodne nie ma wyjścia, musi widzieć podczerwień. Zupełnym już zaś i niespodziewanym ekstremistą jeśli chodzi o widzenie jest złota rybka. Dzięki specjalnemu enzymowi jej oczy są w stanie widzieć w zakresie od ultrafioletu do podczerwieni.

NANO-NOKROWIZOR

Naukowcy z Science and Technology University w Hefei postanowili zatem wyposażyć w nano-noktowizor myszy. Założenie było proste: jeśli one zaczną od tego widzieć w ciemności, to tym bardziej my, ludzie. Zastosowane nanocząsteczki mają naturę białkową i oklejają wprost komórki światłoczułe w siatkówce po podaniu do gałki ocznej. Powodują następnie, że zarówno czopki, jak i pręciki są zdolne widzieć falę świetlną o długości powyżej 700 nm. To niby antena w nano-skali, która przechwytuje podczerwień, aby zmienić ją w odcienie zieleni, zdolnej pobudzić mysie czopki i pręciki. Czyli realnie dłuższa fala świetlna staje się na siatkówce, dzięki białkowym nano-noktowizorom, krótsza. Nano-noktowizory wstrzyknięte myszom nie tylko zgodnie z oczekiwaniami przylgnęły ściśle do komórek ich siatkówki, ale ponadto zaaplikowanie tak zmienionym mysim oczom światła o długości aż 980 nm spowodowało odpowiedź tejże siatkówki i ostatecznie pobudzenie kory wzrokowej w mózgu gryzoni. Co najważniejsze, pod wpływem przyklejonego molekularnie na stałe do komórek siatkówki nano-noktowizora myszy nie utraciły swoich normalnych zdolności widzenia w pełnym świetle dnia. A także rozróżniały proste kształty (koła, trójkąty) oświetlone różnymi długościami fali, tak widzialnymi, jak i z pogranicza podczerwieni. Zatem istotnie można mówić tu o widzeniu ze zrozumieniem, co się widzi. Ostatecznie to bowiem mózg ma sobie poradzić z nowymi dla niego wrażeniami, a nie tylko oczy. Co po raz kolejny pokazuje, że mózg, tak myszy, jak i makaka, jest gotowy nauczyć się widzieć więcej. Ograniczeniem jest sam narząd wzroku. Oczywiście byłoby lepiej, gdyby takie nano-noktowizory dało się zaaplikować jako krople do oczu, a nie zastrzyk w gałkę oczną. No, ale nie wszystko od razu. Niewątpliwie mnóstwo zastosowań odkrycia (potrzeby wojska, eksploracja kosmosu, terapia daltonizmu, badania procesu widzenia etc.) zagwarantowało pracy chińskich uczonych pod kierunkiem Jin Bao i Tian Xue pojawienie się w najbardziej prestiżowym z możliwych miejsc, czyli dwutygodniku „Cell”. Ich białkowe nano-cząsteczki mogą stać się wkrótce źródłem rewolucji w okulistyce i neurobiologii.

Oceń ten artykuł

Podobne wiadomości

Nie ma możliwości dodania komentarza