Ο αμφιβληστροειδής των πουλιών λειτουργεί χωρίς οξυγόνο – Και τώρα οι επιστήμονες ξέρουν πώς!
Ο φωτοευαίσθητος ιστός των ματιών των πουλιών δεν τροφοδοτείται με οξυγόνο από αιμοφόρα αγγεία – αντίθετα, τροφοδοτείται με μια πλημμύρα ζάχαρης, και αυτό μπορεί να έχει εξελικτικά οφέλη.
Ερευνητές μελέτησαν πώς λειτουργούν τα μάτια των σπίνων ζέβρας (Φωτογραφία: Ger Bosma/Alamy)
Ένα κρίσιμο μέρος των ματιών των πουλιών δεν μοιάζει με κανέναν άλλο ιστό γνωστό στα σπονδυλωτά ζώα. Ο αμφιβληστροειδής τους – το φωτοευαίσθητο στρώμα στο πίσω μέρος του ματιού – παρακάμπτει την σχεδόν παγκόσμια ανάγκη για οξυγόνο, απορροφώντας μεγάλες ποσότητες ζάχαρης πλούσιας σε ενέργεια.
Η ανακάλυψη λύνει ένα μυστήριο 400 ετών σχετικά με τη φυσιολογία των ματιών των πουλιών. Είναι επίσης μια νευροβιολογική αλλαγή παραδείγματος, λέει ο Christian Damsgaard στο Πανεπιστήμιο Aarhus στη Δανία.
“Έχουμε την πρώτη ένδειξη ότι ορισμένοι νευρώνες μπορούν να λειτουργήσουν χωρίς καθόλου οξυγόνο, και βρίσκονται στα πουλιά που πετούν στους κήπους μας”, λέει.
Οι αμφιβληστροειδείς ανιχνεύουν το φως και μεταδίδουν αυτές τις πληροφορίες ως νευρικά σήματα στον εγκέφαλο. Οι ιστοί απαιτούν πολλή ενέργεια και υποστηρίζονται από οξυγόνο και θρεπτικά συστατικά που ρέουν μέσω ενός πλέγματος αιμοφόρων αγγείων. Όμως, οι αμφιβληστροειδείς των πουλιών είναι εξαιρετικά παχείς και δεν υπάρχουν αγγεία που να υφαίνονται μέσα στον ιστό. Ήταν ένα μυστήριο πώς οι αμφιβληστροειδείς τους λάμβαναν αρκετό οξυγόνο για να κρατήσουν ζωντανές τις βαθιές δεσμίδες σημαντικών νευρικών κυττάρων.
Ο Damsgaard και οι συνάδελφοί του μελέτησαν σπίνους ζέβρας (Taeniopygia guttata) στο εργαστήριο για να βρουν μια απάντηση. Η ομάδα τοποθέτησε μικροσκοπικούς αισθητήρες οξυγόνου στα μάτια των σπίνων και διαπίστωσε ότι τα εσωτερικά στρώματα του αμφιβληστροειδούς δεν λάμβαναν καθόλου οξυγόνο.
“Παίρνουν οξυγόνο από το πίσω μέρος του ματιού, αλλά δεν μπορεί να διαχυθεί σε όλη την έκταση του αμφιβληστροειδούς”, λέει ο Damsgaard.
Η ομάδα μέτρησε τη δραστηριότητα των μεταβολικών γονιδίων σε διαφορετικά μέρη του αμφιβληστροειδούς. Αυτό έδειξε ότι οι περιοχές χωρίς οξυγόνο χρησιμοποιούσαν έντονα τη γλυκόλυση, μια διαδικασία που μπορεί να διασπάσει τα σάκχαρα χωρίς οξυγόνο. Ωστόσο, είναι μια πολύ λιγότερο αποτελεσματική επιλογή.
“Χρειάζεστε 15 φορές περισσότερη γλυκόζη για να δημιουργήσετε την ίδια ποσότητα ενέργειας”, λέει ο Damsgaard. Έτσι, πώς ο αμφιβληστροειδής έπαιρνε τόση ζάχαρη;
Εδώ μπαίνει το pecten oculi, μια δομή που μοιάζει με χτένα και αποτελείται από αιμοφόρα αγγεία που βρίσκονται στα μάτια των πουλιών. Το pecten ανακαλύφθηκε πριν από αιώνες και οι ερευνητές υπέθεταν ότι διοχέτευε οξυγόνο. Όμως οι μετρήσεις της ομάδας το απέκλεισαν. Αντίθετα, ανακάλυψαν ότι το pecten ουσιαστικά “έλουζε” τον αμφιβληστροειδή με γλυκόζη – τέσσερις φορές περισσότερη από ό,τι απορροφούν τα εγκεφαλικά κύτταρα – για να τροφοδοτήσει την ακόρεστη μηχανή γλυκόλυσης.
Ο Luke Tyrrell στο State University of New York at Plattsburgh εκπλήσσεται που τα πουλιά θα εξελίσσονταν ώστε να βασίζονται σε μια τόσο αναποτελεσματική διαδικασία για την όρασή τους. “Ο αμφιβληστροειδής – ειδικά ο αμφιβληστροειδής των πουλιών – είναι ένας από τους ιστούς με τις μεγαλύτερες ενεργειακές ανάγκες σε όλο το ζωικό βασίλειο”, λέει.
Οι παχείς αμφιβληστροειδείς χωρίς αιμοφόρα αγγεία μπορεί να έχουν προσαρμοστεί για να ενισχύσουν την οπτική οξύτητα των πουλιών, καθιστώντας την αντλία ζάχαρης pecten άξια της εξελικτικής ταλαιπωρίας. Ο αμφιβληστροειδής χωρίς οξυγόνο μπορεί επίσης να έθεσε τις βάσεις για ορισμένα πουλιά να εξελίξουν πτήσεις μετανάστευσης σε μεγάλο υψόμετρο, με την όρασή τους να μην επηρεάζεται από τα χαμηλά επίπεδα οξυγόνου.
Για τον Pavel Němec στο Charles University στην Πράγα της Τσεχίας, τα ευρήματα είναι μια “σαφής περίπτωση που μας υπενθυμίζει ότι η εξέλιξη φέρνει πολύ αντιφατικές λύσεις” σε φυσικά εμπόδια.
Ο Damsgaard και η ομάδα του αναρωτιούνται αν τα ανθρώπινα κύτταρα θα μπορούσαν τελικά να τροποποιηθούν ώστε να είναι πιο ανεκτικά σε επιβλαβείς συνθήκες χωρίς οξυγόνο, όπως μετά από ένα εγκεφαλικό επεισόδιο.