مولکولی که چشم‌های ما را برتر از حیوانات می‌کند

دانشمندان می گویند این تنها یک مولکول است که به ما اجازه می دهد میلیون ها رنگ را بیشتر از حیوانات خانگی خود ببینیم.

به گزارش ایسنا، دیدن دنیا از چشم حیوانات مختلف بسیار دشوار است، اما مطالعه جدید با استفاده از شبکیه چشم انسان که در آزمایشگاه رشد کرده است، نشان می دهد که بینایی حتی بین انسان های مختلف نیز بسیار متنوع است.

این ممکن است ارتباطی با نحوه تشکیل سلول های مخروطی قرمز و سبز در شبکیه چشم داشته باشد. سلول های مخروطی سلول های حساس به نور در چشم مهره داران هستند که واکنش های ترکیبی آنها به طول موج های مختلف دید رنگی را امکان پذیر می کند.

سلول های مخروطی یا مخروط ها یکی از سه نوع سلول گیرنده نوری در شبکیه چشم پستانداران از جمله چشم انسان هستند. وظیفه این سلول ها ارائه دید رنگ و عملکرد بهتر در نور نسبتاً روشن است، برخلاف سلول های استوانه ای که در نور کم عملکرد بهتری دارند. این سلول ها به طور فشرده در حفره مرکزی قرار می گیرند (ناحیه ای به قطر 0.3 میلی متر بدون سلول های میله ای با مخروط هایی با ضخامت بسیار کم و قرارگیری فشرده، که با حرکت به سمت شبکیه به سرعت تعداد آنها کاهش می یابد).

تقریباً 6 تا 7 میلیون مخروط در چشم انسان وجود دارد و هنگامی که به سمت ماکولا پیش می‌روند، تمرکز بالایی دارند. این تقریب در سال 1935 کشف شد.

مخروط ها نسبت به سلول های استوانه ای شبکیه که از دید در شرایط کم نور پشتیبانی می کنند، کمتر به نور حساس هستند، اما درک رنگ را امکان پذیر می کنند. همچنین مخروط ها قادر به درک جزئیات بهتر و تغییرات سریع تصاویر هستند، زیرا نسبت به محرک های استوانه ای واکنش و واکنش سریع تری دارند.

هر مخروط به ترتیب به امواج نور مرئی با طول موج کوتاه، طول موج متوسط ​​و طول موج بلند حساس است. از آنجایی که چشم انسان دارای سه نوع مخروط با طول موج های مختلف است که هر کدام منحنی پاسخ متفاوتی دارند و به تغییر رنگ ها با طول موج های متفاوت واکنش نشان می دهند، بنابراین چشم انسان دارای دید سه رنگ است. کوررنگی می تواند این را تغییر دهد. همچنین گزارش های تایید شده ای از افرادی با چهار مخروط یا بیشتر با دید چهار رنگ وجود دارد. برای این افراد، سه رنگدانه مسئول شناسایی روشنایی به دلیل جهش ژنتیکی در ترکیب شیمیایی یکسان متفاوت بودند. افراد مختلف مخروط هایی با حساسیت رنگ متفاوت دارند. علاوه بر این، تخریب سلول های مخروطی به دلیل بیماری باعث کوررنگی می شود.

باید گفت که انسان و برخی پستانداران نزدیک به ما تنها پستانداران شناخته شده ای هستند که می توانند قرمز و سبز و آبی را نیز ببینند.

حیوانات دیگر مانند بسیاری از پرندگان و برخی از حشرات نیز می توانند رنگ قرمز ببینند. نوع بینایی یک حیوان ارتباط نزدیکی با تکامل آن در کنار گیاهانی دارد که میوه و گل تولید می کنند. این توانایی بسیار مفید بوده است، به عنوان مثال، در مشاهده یک سیب قرمز رسیده در انبوهی از گیاهان سبز.

یکی دیگر از پستانداران دور که توانایی دیدن قرمز را دارد، سار شهد خوار با نام علمی Tarsipes rostratus است. در یک مثال شگفت انگیز از تکامل همگرا، این گرده افشان کیسه دار استرالیایی توانایی پرنده مانندی برای جست و جوی شهد گل ها و گیاهان دارد.

مخروط های قرمز و سبز ما اساساً یکسان هستند، با ترکیب شیمیایی کمی متفاوت برای تعیین رنگی که آنها تشخیص می دهند. پروتئینی به نام اپسین در دو نوع مختلف وجود دارد، حساس به قرمز یا حساس به سبز، و دستورالعمل‌های ژنتیکی آن‌ها روی کروموزوم X قرار دارند. بنابراین، انجام یک نوترکیبی برای آنها بسیار آسان است که منجر به کوررنگی مادرزادی قرمز-سبز می شود.

اکنون تحقیقات جدید بینشی را در مورد اینکه آن اجزای کلیدی که در واقع بینایی را تعیین می کنند، ارائه می دهد. اجزایی که تنها 4 درصد بین ژن های کد کننده این پروتئین ها تفاوت دارند.

ما قبلاً فکر می کردیم که تصمیم گیری و تشخیص مخروط ها اساساً تصادفی است، اگرچه مطالعات جدیدتر به نقشی در سطح تیروئید اشاره کرده اند.

اکنون تیمی از دانشگاه جان هاپکینز و دانشگاه واشنگتن کشف کرده‌اند که سطوح یک مولکول مشتق از ویتامین A به نام اسید رتینوئیک باعث ایجاد یا شکستن نسبت مخروطی قرمز به سبز، حداقل در شبکیه‌های آزمایشگاهی می‌شود.

رابرت جانستون، زیست شناس رشدی در دانشگاه جان هاپکینز، می گوید: «این ارگانوئیدهای شبکیه به ما امکان می دهند برای اولین بار این ویژگی انسان را مطالعه کنیم. این یک سوال بزرگ است که چه چیزی ما را انسان می کند و چه چیزی ما را متفاوت می کند.

در آزمایشگاه، شبکیه‌هایی که در طی رشد اولیه (60 روز اول) در معرض اسید رتینوئیک بیشتری قرار گرفتند، پس از 200 روز نسبت‌های بیشتری از مخروط‌های سبز در سرتاسر ارگانوئید داشتند، در حالی که مخروط‌های نابالغی که در معرض سطوح پایین‌تری از اسید رتینوئیک قرار داشتند، این گونه نبودند. ، بعداً به مخروط های قرمز تبدیل شد.

زمان نیز مهم است. اگر رتینوئیک اسید بعد از 130 روز معرفی می شد، تأثیر آن به همان شکلی بود که گویی اصلاً به آن اضافه نشده بود. این نشان می دهد که این اسید نوع مخروط را از قبل تعیین می کند و نمی تواند باعث سبز شدن مخروط های قرمز شود.

تمام شبکیه های رشد یافته در آزمایشگاه دارای تراکم مخروطی مشابهی بودند که به تیم اجازه داد اثر یک عامل مرگ سلول مخروطی را که بر نسبت قرمز به سبز تأثیر می گذارد، رد کنند.

سارا هادینیاک، زیست‌شناس رشدی در دانشگاه جان هاپکینز و یکی از نویسندگان این مطالعه، می‌گوید که یافته‌های ما پیامدهایی برای کشف چگونگی تأثیر اسید رتینوئیک بر ژن‌ها دارد.

برای درک اینکه چقدر این اسید می تواند بر بینایی انسان تأثیر بگذارد، محققان شبکیه چشم 738 مرد بالغ را که هیچ نشانه ای از اختلال بینایی رنگ نداشتند مورد مطالعه قرار دادند. آنها از تغییرات طبیعی نسبت مخروط قرمز به سبز در این گروه شگفت زده شدند.

هادینیاک می گوید: مشاهده چگونگی تغییر نسبت مخروط های سبز و قرمز در انسان یکی از شگفت انگیزترین یافته های این تحقیق جدید بود.

مشخص نیست که چگونه این تغییر می تواند بدون تأثیر بر تغییرات بصری رخ دهد. همانطور که جانستون می‌گوید، اگر این نوع سلول‌ها طول بازوی انسان را تعیین می‌کردند، نسبت‌های مختلف طول بازوهای متفاوتی را ایجاد می‌کردند.

این تحقیق در مجله PLOS Biology منتشر شده است.