Οι αμφιβληστροειδείς των πτηνών λειτουργούν χωρίς οξυγόνο και τώρα οι επιστήμονες ξέρουν πώς

Ένα μεγάλο μέρος των ματιών των πτηνών δεν μοιάζει με την υφή που είναι γνωστή στα σπονδυλωτά ζώα. Ο αμφιβληστροειδής τους – το ευαίσθητο στο φως στρώμα στο πίσω μέρος του ματιού – παρακολουθεί τη σχεδόν καθολική ανάγκη για οξυγόνο με την αναρρόφηση με ηλεκτρική σκούπα πλούσιες σε ενέργεια σωρούς σακχάρων.

Η ανακάλυψη λύνει ένα μυστήριο 300 ετών σχετικά με τη φυσιολογία των ματιών των πουλιών. Είναι επίσης ένα υποστηρικτικό νευροβιολογικό παράδειγμα, λέει Κρίστιαν Ντάμσγκαρντ στο Πανεπιστήμιο του Aarhus στη Δανία.

«Έχουμε τις πρώτες ενδείξεις ότι ορισμένοι νευρώνες μπορούν να λειτουργήσουν χωρίς τεχνητό τρόπο, και βρίσκονται στα πουλιά που πετούν στους κήπους μας», είπε.

Οι αμφιβληστροειδής ανιχνεύουν το φως και αυτές οι πληροφορίες ως νευρικά σήματα προς τον εγκέφαλο. Οι ιστοί απαιτούν πολλή ενέργεια και υποστηρίζονται από οξυγόνο και θρεπτικά συστατικά μέσω ενός δικτύου αιμοφόρων αγγείων. Αλλά τα δίχτυα των πουλιών είναι υπερβολικά παχιά και δεν υφαίνουν κανένα σκεύος στο ύφασμα. Ήταν ένα μυστήριο πώς οι αμφιβληστροειδείς τους λάμβαναν αρκετό οξυγόνο για να κρατήσουν ζωντανές τις ψηλές στοίβες ζωτικών νευρικών κυττάρων τους.

Ο Damsgaard και οι συνάδελφοί του μελέτησαν ψάρια ζέβρα (Taeniopygia guttata) για να βρείτε την απάντηση στο εργαστήριο. Η ομάδα τοποθέτησε μικροσκοπικούς αισθητήρες οξυγόνου στα διεγερμένα μάτια και διαπίστωσε ότι τα εσωτερικά στρώματα του αμφιβληστροειδούς δεν είχαν καθόλου οξυγόνο.

«Το πίσω μέρος του ματιού λαμβάνει οξυγόνο, αλλά δεν μπορεί να διαχυθεί μέσω του αμφιβληστροειδή», λέει ο Damsgaard.

Η ομάδα μέτρησε τη δραστηριότητα των μεταβολικών γονιδίων σε διάφορα μέρη του αμφιβληστροειδούς. Αυτό δείχνει ότι οι περιοχές χωρίς οξυγόνο χρησιμοποιούν σε μεγάλο βαθμό τη γλυκόλυση, μια διαδικασία που μπορεί να διασπάσει τα σάκχαρα χωρίς οξυγόνο. Αλλά είναι μια πολύ λιγότερο αποτελεσματική επιλογή.

«Χρειάζεστε περισσότερη γλυκόζη για να δημιουργήσετε την ίδια ποσότητα ενέργειας», λέει ο Damsgaard. Λοιπόν, πώς γίνεται η υπερβολική ποσότητα ζάχαρης στον αμφιβληστροειδή;

Εισαγάγετε τη χτένα των ματιών, μια συλλογή από αιμοφόρα αγγεία που βρίσκονται στα μάτια των πουλιών. Comb ανακαλύφθηκε πριν από αιώνες και οι ερευνητές υπέθεσαν ότι θα μπορούσε να καεί σε οξυγόνο. Όμως ο ίδιος ο πόνος κυριάρχησε στα μαθήματα. Αντίθετα, διαπίστωσαν ότι ο αμφιβληστροειδής είναι σχεδόν εμποτισμένος σε γλυκόζη -τέσσερις φορές περισσότερη από αυτή που απορροφούν τα εγκεφαλικά κύτταρα- για να τροφοδοτήσει την αδηφάγα μηχανή γλυκόλυσης.

Λουκ Τάιρελ στο Κρατικό Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης στο Πλάτσμπουργκ εκπλήσσεται που τα πουλιά εξέλιξαν μια τέτοια διαδικασία που απενεργοποίησε την όρασή τους. «Ο αμφιβληστροειδής – ειδικά ο αμφιβληστροειδής των πτηνών – είναι ένας από τους πιο ευαίσθητους ιστούς σε όλο το ζωικό βασίλειο», λέει.

Πυκνά, χωρίς αγγεία αιμοφόρα αγγεία του αμφιβληστροειδούς, προσαρμοσμένα για να αυξάνουν την οπτική οξύτητα, δυσκολεύοντας την ανάπτυξη της αντλίας ζάχαρης. Ένας αμφιβληστροειδής χιτώνας χωρίς οξυγόνο θέτει επίσης το έδαφος για ορισμένα πουλιά να αναπτύξουν μεταναστευτικές πτήσεις σε μεγάλο υψόμετρο, καθώς η όρασή τους δεν επηρεάζεται από τα χαμηλά επίπεδα οξυγόνου.

Για Πάβελ Νέμετς στο Πανεπιστήμιο του Καρόλου στην Πράγα της Τσεχίας, τα ευρήματα είναι «ξεκάθαρες περιπτώσεις που μας θυμίζουν την εξέλιξη άκρως αντιδιαισθητικών λύσεων» στα φυσικά εμπόδια.

Ο Damsgaard και η ομάδα του αναρωτιούνται εάν τα ανθρώπινα κύτταρα μπορούν τελικά να τροποποιηθούν ώστε να ανέχονται επιβλαβείς συνθήκες χωρίς οξυγόνο, όπως κατά την επισκευή του εγκεφαλικού.