Un moustique regarde à travers un réseau de lentilles microscopiques. Vous regardez en arrière, une tapette à mouches à la main, suivant de près le suceur de sang avec vos humbles yeux à lentille unique. Mais il s’avère que la façon dont vous vous voyez – et le monde – peut avoir plus en commun que vous ne le pensez.
Une étude publiée le mois dernier dans Science Advances a révélé qu’à l’intérieur des yeux des mammifères, les mitochondries, les organites qui alimentent les cellules, peuvent jouer un deuxième rôle en tant que lentilles microscopiques, aidant à concentrer la lumière sur les pigments photorécepteurs qui convertissent la lumière en signaux neuronaux pour le cerveau. interpréter. Les résultats, qui établissent un parallèle frappant entre les yeux des mammifères et les yeux composés des insectes et autres arthropodes, suggèrent que nos propres yeux ont des niveaux cachés de complexité optique et que l’évolution a trouvé de nouvelles utilisations pour des parties très anciennes de notre anatomie cellulaire.
La lentille située tout à l’avant de l’œil concentre la lumière de l’environnement sur une fine couche de tissu appelée la rétine à l’arrière. Là, les cellules photoréceptrices – des cônes qui peignent notre monde en couleur et des bâtonnets qui nous aident à naviguer dans des conditions de faible luminosité – absorbent la lumière et la traduisent en signaux nerveux qui se propagent dans le cerveau. Mais les pigments photosensibles se trouvent aux extrémités des photorécepteurs, juste derrière un épais faisceau de mitochondries. L’emplacement étrange de ce faisceau transforme les mitochondries en obstacles apparemment inutiles et diffusant la lumière.
Les mitochondries sont le “dernier obstacle” pour les particules de lumière, a déclaré Wei Li, chercheur principal au National Eye Institute et auteur principal de l’article. Pendant des années, les scientifiques de la vision n’ont pas compris ce placement étrange de ces organites – après tout, la plupart des cellules ont leurs mitochondries étreignant leur organite central, le noyau.
Certains scientifiques ont proposé que les faisceaux aient pu évoluer pour s’asseoir près de l’endroit où les signaux lumineux sont convertis en signaux nerveux, un processus très gourmand en énergie, pour pomper facilement l’énergie et la délivrer rapidement. Mais ensuite, des études ont commencé à suggérer que les photorécepteurs n’avaient pas besoin d’autant de mitochondries pour l’énergie – qu’ils pourraient plutôt recevoir plus d’énergie d’un processus appelé glycolyse, qui se produit dans le cytoplasme gélatineux de la cellule.
Li et son équipe ont entrepris d’apprendre le rôle de ces faisceaux de mitochondries en analysant les cônes d’un écureuil terrestre, un petit mammifère qui a une vision étonnante le jour mais qui est pratiquement aveugle la nuit car ses photorécepteurs sont disproportionnellement des cônes.
Après que des simulations informatiques aient suggéré que les faisceaux mitochondriaux pourraient avoir des propriétés optiques, Li et son équipe ont commencé des expériences sur la vraie chose. Ils ont utilisé un mince échantillon de la rétine de l’écureuil, dont ils ont principalement dépouillé ses cellules, à l’exception de certaines parties de ses cônes, de sorte qu’ils “ont fini par n’avoir à peu près qu’un sac de mitochondries” soigneusement emballé à l’intérieur d’une membrane, a déclaré Li.
Faire la lumière sur cet échantillon et l’examiner sous un microscope confocal spécial construit par John Ball, un scientifique du laboratoire de Li et l’auteur principal de l’étude, a révélé un résultat saisissant. La lumière traversant le faisceau mitochondrial a émergé sous la forme d’un faisceau lumineux et clairement focalisé. Les chercheurs ont capturé des photos et des vidéos de lumière rayonnant à travers ces micro-lentilles dans l’obscurité où, chez un animal vivant, des pigments photorécepteurs auraient attendu.
Au lieu d’être des obstacles, les faisceaux mitochondriaux semblent jouer un rôle essentiel en aidant à canaliser autant de lumière que possible vers les photorécepteurs avec une perte minimale, a déclaré Li.
Avec des simulations, lui et ses collègues ont confirmé que l’effet de lentille était principalement causé par le faisceau mitochondrial lui-même, et non par la membrane qui l’entoure (bien que la membrane ait joué un rôle). Une bizarrerie de l’histoire naturelle de l’écureuil terrestre les a également aidés à prouver que la forme du faisceau mitochondrial était essentielle à ses capacités de concentration : pendant les mois où l’écureuil terrestre hiberne, ses faisceaux mitochondriaux deviennent désordonnés et comprimés. Lorsque les chercheurs ont simulé ce qui se passe lorsque la lumière traverse le faisceau mitochondrial d’un écureuil terrestre en hibernation, ils ont découvert qu’il ne concentrait pas la lumière aussi bien que lorsqu’il était allongé et hautement ordonné.
