قام الباحثون بتنمية شبكية عين بشرية في بيئة معملية للكشف عن العملية التي من خلالها يقوم أحد مشتقات فيتامين أ بإنشاء خلايا فريدة تمكن البشر من إدراك مجموعة واسعة من الألوان. لا تمتلك الكلاب والقطط والثدييات الأخرى هذه القدرة البصرية.
وقال المؤلف روبرت جونستون، الأستاذ المشارك في علم الأحياء: "تسمح لنا هذه الكائنات الشبكية بدراسة هذه السمة الخاصة بالإنسان لأول مرة". "إنه سؤال مهم حول ما الذي يجعلنا بشرًا وما الذي يجعلنا فريدين."
وتعمق نتائج البحث، المنشورة في مجلة "PLOS Biology"، فهم الناس لعمى الألوان، وفقدان البصر المرتبط بالعمر، والأمراض الأخرى المتعلقة بالخلايا المستقبلة للضوء. كما أنها توضح كيف تقوم الجينات بتوجيه شبكية العين البشرية إلى تكوين خلايا محددة لرؤية الألوان، وهي عملية يعتقد العلماء أن هرمونات الغدة الدرقية تسيطر عليها.
ومن خلال تعديل الخصائص الخلوية للكائن الحي، وجد الفريق أن جزيئًا يسمى حمض الريتينويك يحدد ما إذا كانت المخاريط تستشعر الضوء الأحمر أو الأخضر على وجه التحديد. فقط البشر والرئيسيات ذات الصلة الوثيقة ذات الرؤية الطبيعية يطورون أجهزة استشعار حمراء.
لعقود من الزمن، اعتقد العلماء أن المخاريط الحمراء تتشكل من خلال آلية تشبه العملة المعدنية، حيث تعمل الخلايا بشكل عشوائي لاستشعار الأطوال الموجية الخضراء أو الحمراء - وهي عملية تشير الأبحاث الحديثة التي أجراها فريق جونستون إلى أنه قد يتم التحكم فيها عن طريق مستويات هرمون الغدة الدرقية. لكن الأبحاث الجديدة تظهر أن المخاريط الحمراء تتشكل من خلال سلسلة محددة من الأحداث التي ينظمها حمض الريتينويك في العين.
ووجد الفريق أنه خلال التطور المبكر للكائن الحي، ارتبطت المستويات الأعلى من حمض الريتينويك بنسبة أعلى من المخاريط الخضراء. وبالمثل، فإن التركيزات المنخفضة من حمض الريتينويك تغير التعليمات الوراثية للشبكية لإنتاج مخاريط حمراء في وقت لاحق من التطور.
وقال جونستون: "ربما لا يزال هناك بعض العشوائية في هذا، لكن اكتشافنا الكبير هو أن حمض الريتينويك يتم إنتاجه في وقت مبكر جدًا من التطور. وهذا التوقيت مهم حقًا لتعلم وفهم كيفية إنتاج هذه المخاريط".
تشبه المخاريط الخضراء إلى حد كبير المخاريط الحمراء، باستثناء بروتين يسمى أوبسين، الذي يكتشف الضوء ويخبر الدماغ بالألوان التي يراها الشخص. تحدد الأوبسينات المختلفة ما إذا كان المخروط سيصبح مستشعرًا أخضر أو أحمر، على الرغم من أن الجينات لكل مستشعر متطابقة بنسبة 96 بالمائة. وباستخدام تقنية متقدمة، اكتشف الفريق هذه الاختلافات الجينية الدقيقة في الكائنات الحية وتتبع التغيرات في نسب المخروط على مدى 200 يوم.
وقالت المؤلفة سارة هادينياك، وهي طالبة دكتوراه في مختبر جونستون والآن في جامعة ديوك: "لأننا نستطيع التحكم في عدد الخلايا الخضراء والحمراء في الكائن الحي، يمكننا دفع مجموعة الخلايا لتصبح أكثر خضرة أو حمراء، وهو ما له آثار مهمة لفهم كيفية عمل حمض الريتينويك على الجينات".
كما قام الباحثون بتخطيط نسب مختلفة من هذه الخلايا في شبكية العين لـ 700 شخص بالغ. وقال هاردينياك إن رؤية كيفية تغير نسبة المخاريط الخضراء إلى الحمراء لدى البشر كانت واحدة من أكثر النتائج إثارة للدهشة في الدراسة الجديدة.
لا يزال العلماء لا يفهمون تمامًا سبب اختلاف نسبة المخاريط الخضراء إلى الحمراء بشكل كبير دون التأثير على رؤية الشخص. وقال جونستون إنه إذا حددت هذه الخلايا طول ذراع الإنسان، فإن النسب المختلفة ستنتج "اختلافات مذهلة" في طول الذراع.
لفهم أمراض مثل الضمور البقعي، الذي يسبب فقدان الخلايا المستقبلة للضوء بالقرب من مركز الشبكية، يتعاون الباحثون مع مختبرات أخرى في جامعة جونز هوبكنز. الهدف هو تعميق فهمهم لكيفية تواصل المخاريط والخلايا الأخرى مع الجهاز العصبي.
وقال جونستون: "إن الأمل في المستقبل هو مساعدة الناس على حل مشاكل الرؤية هذه". "سيستغرق الأمر بعض الوقت للوصول إلى هناك، ولكن مجرد معرفة أننا نستطيع صنع هذه الأنواع المختلفة من الخلايا هو أمر واعد للغاية."
المصدر المجمع: ScitechDaily