美国国家眼科研究所(NEI)的研究人员发现，眼睛感光细胞中的发电细胞器即线粒体具有微透镜的功能，其有助于将光线输送到这些细胞的外段并在那里转化为神经信号。在地鼠身上的发现为视网膜的光学特性则提供了一个更精确的画面，另外还可能有助于更早地发现眼病。
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今日发表在《Science Advances》上的这一发现也阐明了视觉的进化。
这项研究的首席调查员Wei Li博士指出：“它们公认的代谢作用产生能量以及这种光学效果。”据悉，Li领导着领导NEI视网膜神经生理学部门。
该研究结果还解决了一个关于哺乳动物视网膜的长期之谜。尽管进化的压力要求光被转化为信号并立即从视网膜传递到大脑，但这一旅程几乎是直接的。一旦光到达视网膜，它必须经过多个神经层才能到达光感受器的外段，在那里发生光传导。光感受器是长管状结构，分为内段和外段。光子在从内段移到外段之前必须穿越的最后一个障碍则是异常密集的线粒体束。
那些成束的线粒体似乎会通过散射光线或吸收光线来对抗视觉过程。对此，Li的团队开始通过研究十三条纹地松鼠的锥体光感受器来研究它们的目的。
跟其他用于视觉研究的动物模型不同，十三条纹地松鼠的视网膜主要由锥体组成，它能看到颜色，与之相反的是能实现夜视的棒状体。Li的团队研究十三线地松鼠是为了更好地了解主要影响锥体光受体的人类眼疾的原因。
研究人员使用了一个改良的共焦显微镜来观察暴露在光线下的活体锥体线粒体的光学特性。密集的线粒体没有散射光线，而是将光线沿着一条细长的铅笔状轨迹集中达到外段。使用高分辨率线粒体重建的计算模型证实了现场成像的发现。
论文第一作者、视网膜神经生理学组的科学家John Ball博士说道：“线粒体的透镜式功能也可以解释被称为斯蒂尔斯-克劳福德效应的现象。”
科学家们在测量视网膜对光的反应时早已观察到，当光进入靠近瞳孔中心的眼睛时，与进入靠近瞳孔边缘的同等强度的光相比，它显得更加明亮。
在这项研究中，Li发现线粒体的类似透镜的效果遵循类似的方向性光强度曲线。也就是说，根据光源的位置，线粒体将光线沿着轨迹集中到细胞的外段，这些轨迹反映了从斯蒂尔斯-克劳福德效应中观察到的轨迹。
将线粒体的类似透镜的功能跟斯蒂尔斯-克劳福德效应联系起来具有潜在的临床意义。这种长期观察到的效应现在可能被用作非侵入性检测视网膜疾病的基础，其中许多疾病被认为在其根源上涉及线粒体功能紊乱。
最后，这些发现为我们的眼睛可能是如何进化的提供了新的见解。
跟Li的研究中的线粒体一样，在鸟类和爬行动物的光感受器内，微小的油滴位于内节最接近外节的部分，它们被认为具有光学作用。此外，哺乳动物锥体光感受器中的线粒体“微透镜”赋予了一种功能，这让人想起苍蝇和大黄蜂等节肢动物的复眼所实现的功能。
Li说道：“这一见解在概念上连接了节肢动物的复眼和脊椎动物的摄影眼，这是两个独立进化的图像形成系统，显示了趋同进化的力量。”