Ptasie oczy należą do najbardziej energochłonnych tkanek w świecie zwierząt, a mimo to potrafią działać bez tlenu. Międzynarodowy zespół naukowców odkrył mechanizm, który pozwala siatkówce ptaków funkcjonować w warunkach przewlekłego niedotlenienia – a wnioski z badań mogą okazać się przełomowe także dla ludzi.
Z tego artykułu dowiesz się:
- jak to możliwe, że siatkówki ptaków funkcjonują bez dopływu tlenu
- dlaczego ptasie oczy są tak wydajne mimo braku naczyń krwionośnych w siatkówce
- jaką rolę pełni tzw. grzebień siatkówki w metabolizmie energii
- dlaczego to odkrycie może mieć znaczenie dla medycyny człowieka
Niezwykłe możliwości ptasiego wzroku
Jak wykazał po ośmiu latach badań międzynarodowy zespół naukowców, wewnętrzne części siatkówki ptaków funkcjonują w warunkach przewlekłego niedotlenienia, opierając się na beztlenowej produkcji energii. Wyniki opisano w czasopiśmie Nature.
Ptaki drapieżne widzą nawet osiem razy lepiej niż ludzie, a słonka amerykańska – dzięki oczom umieszczonym po bokach głowy – obserwuje pełną panoramę: 360 stopni w poziomie i 180 w pionie. Mogłoby się wydawać, że tak bystry wzrok wymaga ogromnego dopływu krwi i tlenu. Tymczasem, choć siatkówki ptaków należą do najbardziej energochłonnych tkanek, potrafią funkcjonować bez tlenu.
Oczy ptaków przewyższają ludzkie także pod innymi względami: widzą w ultrafiolecie, szybciej zmieniają ostrość i potrafią rozróżnić nawet 160 obrazów na sekundę, podczas gdy człowiek jedynie 15–20.
Siatkówka bez naczyń krwionośnych – biologiczna zagadka
U większości zwierząt tkanka nerwowa jest zaopatrywana w tlen przez gęstą sieć naczyń krwionośnych. Siatkówka, będąca wyspecjalizowanym przedłużeniem mózgu, zużywa więcej energii niż jakakolwiek inna tkanka organizmu.
Tymczasem ptasia siatkówka nie zawiera naczyń krwionośnych. Uważa się, że poprawia to ostrość widzenia, ponieważ naczynia mogłyby rozpraszać światło docierające do fotoreceptorów. Przez lata pozostawało jednak tajemnicą, w jaki sposób siatkówka radzi sobie bez bezpośredniego dopływu krwi.
– Zgodnie z całą naszą wiedzą o fizjologii ta tkanka nie powinna być w stanie funkcjonować – przyznał biolog Christian Damsgaard z Uniwersytet w Aarhus.
Przełomowe pomiary i metabolizm bez tlenu
Przez długi czas nikomu nie udało się bezpośrednio zmierzyć poziomu tlenu w siatkówce ptaków w normalnych warunkach fizjologicznych. – „Zrobienie tego jest technicznie niezwykle trudne” – wskazał Jens Randel Nyengaard, profesor Uniwersytetu w Aarhus.
Przełom nastąpił w 2020 roku dzięki współpracy z ekspertką anestezjologii weterynaryjnej Catherine Williams. Wyniki okazały się zaskakujące: grzebień siatkówki w ogóle nie dostarcza tlenu do siatkówki. Około połowa jej tkanki pozostaje stale niedotleniona.
Zastosowanie transkryptomiki przestrzennej pozwoliło naukowcom prześledzić aktywność tysięcy genów w poszczególnych warstwach siatkówki. Okazało się, że geny odpowiedzialne za glikolizę beztlenową są tam wyjątkowo aktywne.
– To był rodzaj molekularnego GPS. Zobaczyliśmy, że siatkówka opiera się na rozkładzie cukru bez udziału tlenu – wyjaśnił Damsgaard.
Dlaczego to odkrycie jest ważne dla ludzi
Badacze wykazali także, że ptasia siatkówka pobiera glukozę znacznie szybciej niż reszta mózgu. Odpowiada za to grzebień w ciele szklistym, który działa jak system logistyczny: dostarcza cukier i usuwa mleczan – produkt uboczny metabolizmu beztlenowego – z powrotem do krwiobiegu.
Zdaniem naukowców ograniczenie obecności tlenu i naczyń krwionośnych może poprawiać ostrość widzenia, a dowody ewolucyjne sugerują, że ta cecha pojawiła się już u dinozaurów.
– W stanach takich jak udar ludzkie tkanki cierpią z powodu niedoboru tlenu i nagromadzenia produktów przemiany materii. Siatkówka ptaków pokazuje, że można radzić sobie z tym problemem w zupełnie inny sposób – podkreślił Nyengaard.
na zdjęciu: Fioletowy I Szary Gołąb, zdjęcie ilustracyjne. fot. Frans van Heerden, Pexels
Tomasz Wypych
Inne tematy w dziale Technologie
