美國國家眼科研究所(NEI)的研究人員發現，眼睛感光細胞中的發電細胞器即線粒體具有微透鏡的功能，其有助於將光線輸送到這些細胞的外段並在那裡轉化為神經信號。在地鼠身上的發現為視網膜的光學特性則提供了一個更精確的畫面，另外還可能有助於更早地發現眼病。
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今日發表在《Science Advances》上的這一發現也闡明了視覺的進化。
這項研究的首席調查員Wei Li博士指出：“它們公認的代謝作用產生能量以及這種光學效果。”據悉，Li領導着領導NEI視網膜神經生理學部門。
該研究結果還解決了一個關於哺乳動物視網膜的長期之謎。儘管進化的壓力要求光被轉化為信號並立即從視網膜傳遞到大腦，但這一旅程幾乎是直接的。一旦光到達視網膜，它必須經過多個神經層才能到達光感受器的外段，在那裡發生光傳導。光感受器是長管狀結構，分為內段和外段。光子在從內段移到外段之前必須穿越的最後一個障礙則是異常密集的線粒體束。
那些成束的線粒體似乎會通過散射光線或吸收光線來對抗視覺過程。對此，Li的團隊開始通過研究十三條紋地松鼠的錐體光感受器來研究它們的目的。
跟其他用於視覺研究的動物模型不同，十三條紋地松鼠的視網膜主要由錐體組成，它能看到顏色，與之相反的是能實現夜視的棒狀體。Li的團隊研究十三線地松鼠是為了更好地了解主要影響錐體光受體的人類眼疾的原因。
研究人員使用了一個改良的共焦顯微鏡來觀察暴露在光線下的活體錐體線粒體的光學特性。密集的線粒體沒有散射光線，而是將光線沿着一條細長的鉛筆狀軌跡集中達到外段。使用高分辨率線粒體重建的計算模型證實了現場成像的發現。
論文第一作者、視網膜神經生理學組的科學家John Ball博士說道：“線粒體的透鏡式功能也可以解釋被稱為斯蒂爾斯-克勞福德效應的現象。”
科學家們在測量視網膜對光的反應時早已觀察到，當光進入靠近瞳孔中心的眼睛時，與進入靠近瞳孔邊緣的同等強度的光相比，它顯得更加明亮。
在這項研究中，Li發現線粒體的類似透鏡的效果遵循類似的方向性光強度曲線。也就是說，根據光源的位置，線粒體將光線沿着軌跡集中到細胞的外段，這些軌跡反映了從斯蒂爾斯-克勞福德效應中觀察到的軌跡。
將線粒體的類似透鏡的功能跟斯蒂爾斯-克勞福德效應聯繫起來具有潛在的臨床意義。這種長期觀察到的效應現在可能被用作非侵入性檢測視網膜疾病的基礎，其中許多疾病被認為在其根源上涉及線粒體功能紊亂。
最後，這些發現為我們的眼睛可能是如何進化的提供了新的見解。
跟Li的研究中的線粒體一樣，在鳥類和爬行動物的光感受器內，微小的油滴位於內節最接近外節的部分，它們被認為具有光學作用。此外，哺乳動物錐體光感受器中的線粒體“微透鏡”賦予了一種功能，這讓人想起蒼蠅和大黃蜂等節肢動物的複眼所實現的功能。
Li說道：“這一見解在概念上連接了節肢動物的複眼和脊椎動物的攝影眼，這是兩個獨立進化的圖像形成系統，顯示了趨同進化的力量。”