לא רק תחנת כוח:
מתמקדים במיטוכונדריה

"תחנת הכוח של התא" – זהו כינויו הידוע והמוכר של אברון בתא הנקרא מיטוכונדריון. המיטוכונדריון (ברבים: מיטוכונדריה) אכן אחראי על ייצור מולקולה בשם ATP, שמשמשת מקור לאנרגיה זמינה עבור תהליכים רבים בתא. אבל במאמר שפורסם לאחרונה בכתב העת המדעי Science Advances, התגלה שלמיטוכונדריון יש תפקיד נוסף, חשוב ושונה לחלוטין. חוקרים ממכוני הבריאות הלאומיים בארצות הברית (NIH) דיווחו כי המיטוכונדריה שברשתית העין מסייעת במיקוד האור הנכנס לעין, כחלק מתהליך הראייה.

תהליך הראייה והמיטוכונדריה

בתהליך הראייה, קרני האור שמגיעות לעין עוברות דרך האישון, ומתמקדות באמצעות הקרנית והעדשה על גבי הרשתית. ברשתית נמצאים תאים רגישים לאור שמתרגמים את האור לאות חשמלי, והאות החשמלי הזה מועבר באמצעות תאי עצב אל המוח, המעבד את המידע. ברשתית יש שני סוגי תאים רגישים לאור: מדוכים, או תאי חרוט (cone cells), אשר אחראים לראיית צבעים, וקנים (rod cells), האחראים לראיית הלילה, כלומר ראייה בסביבה חשוכה יחסית. במחקר הנוכחי החוקרים התמקדו במדוכים, התאים שמקנים לנו ראיית צבע. בניגוד לרוב התאים בגוף היונקים, שהמיטוכונדריה מסודרים בהם במעין רשת מסביב לגרעין התא, במדוכים המיטוכונדריה מסודרים במקבץ צפוף ומוארך. מדענים חשבו בעבר כי המבנה המיוחד משפר את אספקת האנרגיה הנחוצה לתהליך הראייה, אבל בשנים האחרונות מתרבות הראיות לכך שהאנרגיה המשמשת להמרת האור לאות חשמלי מתקבלת בעיקר מהשלב הראשון של פירוק הסוכר גלוקוז. תהליך פירוק זה, הנקרא גליקוליזה, מתבצע מחוץ למיטוכונדריה, ומכאן שסידור המיטוכונדריה בתא אינו קשור כנראה לתהליך הראייה עצמו.

כדי שתהליך הראייה יהיה אופטימלי, על כמות גדולה ככל האפשר של אור להגיע לאזור הרגיש לאור ברשתית. מחקרים קודמים הראו כי הסידור המרחבי של תאים או רכיבים תוך-תאיים ברשתיות של בעלי חיים שונים עשוי להקטין את פיזור האור ולכוון אותו לאותו אזור רגיש לאור. בעקבות מחקרים אלה, שיערו החוקרים במחקר הנוכחי כי הסידור המיוחד של המיטוכונדריה במדוכים מסייע למקד את האור באזור זה. עם זאת, הם ציינו כי השערה זו כרוכה בקושי מסוים, משום שהמבנה הפנימי המורכב של המיטוכונדריה עלול לגרום דווקא לפיזור של האור, וכך להקטנת כמות האור המגיעה ליעדה. 

קרני האור שמגיעות לעין מתמקדות על גבי הרשתית, שמוגדלת בתמונה זו. שם תאים רגישים לאור (בכחול ואדום, מצד ימין) מתרגמים את האור לאות חשמלי | Shutterstock, Sakurra

בעיני הסנאים

כדי לגלות מהו התפקיד של סידור המיטוכונדריה בתאי המדוכים שבעיניים, בחנו החוקרים רשתיות של סנאי אדמה מנומר מהמין Ictidomys tridecemlineatus באמצעות מיקרוסקופ קונפוקלי – מיקרוסקופ שיכול ליצור תמונה תלת-ממדית של הדגימה ברזולוציה גבוהה. ברשתית של סנאי זה יש מדוכים רבים מאוד המאורגנים בשכבה יחידה, תכונה שאפשרה לחוקרים לבודד שכבה אחת של תאים המכילים מיטוכונדריה בסידור המבוקש. החוקרים סימנו את המיטוכונדריה בסמן פלואורסצנטי כדי להבחין בקלות בינם לבין שאר התא, וכך יכלו לראות כי האור מתרכז לצורה של עיפרון צר ומוארך, ממש בגבול בין האזור שבו מרוכזים המיטוכונדריה לבין האזור בתא שמגיב לקרני האור. 

סימולציה ממוחשבת

כדי לאשש את ההנחה שהסידור המיוחד של המיטוכונדריה במדוכים אינו גורם לפיזור האור אלא דווקא למיקודו, ביצעו החוקרים סימולציה ממוחשבת שדימתה מעבר של אור דרך תאי המדוכים. סימולציה כזו מאפשרת לשאול שאלות שמאתגר מאוד לענות עליהן באופן ניסויי, כגון "אם נוציא מהתא את כל המיטוכונדריה, איך זה ישפיע על המעבר של האור דרכו?". ניסוי כזה קשה מאוד לערוך, כי אם נוציא מתא אמיתי את כל המיטוכונדריה, הוא ימות כמובן. כאשר ערכו החוקרים סימולציה ממוחשבת של מצב כזה, ובדקו כיצד היעדר המיטוכונדריה ישפיע רק על התכונות האופטיות של התא, הם ראו שהאור אכן אינו מתמקד היטב בחלק התא שמגיב לאור. החוקרים ערכו גם סימולציות אחרות, ובהן סימולציות של שינוי בצורת המיטוכונדריה, והסיקו כי המבנה וההרכב של המיטוכונדריה מסבירים את מאפייני מיקוד האור שנצפו במיקרוסקופ.

הסידור המיוחד של המיטוכונדריה במדוכים מסייע למקד את האור. תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים של תאים קולטי אור. האזור הרגיש לאור בירוק, המיטוכונדריה בצד שמאל | Don w. Fawcett, science photo library

לבסוף, החוקרים הראו, בעזרת ניסויים וסימולציות ממוחשבות, שיעילות מיקוד האור על ידי המיטוכונדריה תלוי בזווית הפגיעה של האור בתאי המדוכים. בתאים אלה, המיטוכונדריה והחלק קולט האור מסודרים על ציר אחד. ככל שזווית כניסת האור אל המדוכים מתאימה יותר לציר זה, כלומר הוא מגיע היישר ממרכז האישון, כך האור מתמקד בצורה טובה יותר באזור קולט האור בתא. לעומת זאת, אור שמגיע בזוויות אחרות מתמקד באזור זה בצורה טובה פחות ולכן עוצמתו באזור קולט האור בתא תהיה נמוכה יותר. העובדה שהמיקוד תלוי בזווית משפרת את הרזולוציה של הרשתית, כלומר את יכולתה להבחין ולהפריד בין עצמים סמוכים. זאת משום שכל תא רגיש לאור קולט קרניים המגיעות מאזור מסוים בשדה הראייה, או מעצם מסוים בעוצמה גבוהה; בעוד קרניים המגיעות מאזורים סמוכים יגיעו לתא הזה בעוצמה נמוכה יותר. כך כל תא קולט בצורה הטובה ביותר קרניים שמגיעות מאזור אחר. 

המחקר אמנם נעשה על רשתיות של סנאים, אך מכיוון שארגון המיטוכונדריה במדוכים של הסנאים האלה דומה לארגון שלהם במדוכים של יונקים רבים אחרים, המסקנות של המחקר רלוונטיות גם למינים אלו, ובהם בני אדם. החוקרים מקווים כי הבנת התפקיד המפתיע של המיטוכונדריה במדוכים, וכן שיטות המחקר שפותחו לשם כך, יוכלו לסייע בעתיד באבחון מחלות עיניים הקשורות ברשתית.

סרטון שמסכם את ממצאי המחקר, קרדיט: National Eye Institute