ستطيع البشر رؤية مجموعة واسعة من الألوان التي لا تستطيع رؤيتها عدد لا يحصى من الثدييات الأخرى. على سبيل المثال، في حين أن عيون الإنسان قادرة على إدراك مجموعات الألوان من الأحمر والأزرق والأخضر، فإن الكلاب قادرة فقط على اكتشاف اللون الأزرق والأصفر.
الآن، ولأول مرة على الإطلاق، اكتشف الباحثون في جامعة جونز هوبكنز كيف يقوم «فرع» من فيتامين أ بتوليد الخلايا المتخصصة التي تمكن الناس من الاستمتاع بألوان قوس قزح.
يشرح مؤلفو الدراسة أن النتائج التي توصلوا إليها لم تكن ممكنة لولا سلسلة من شبكية العين البشرية المزروعة في طبق بتري.
يقول مؤلف الدراسة روبرت جونستون، الأستاذ المشارك في علم الأحياء «لقد أتاحت لنا هذه العضويات الشبكية لأول مرة دراسة هذه السمة الخاصة بالإنسان».
«إنه سؤال كبير حول ما الذي يجعلنا بشرًا، وما الذي يجعلنا مختلفين».
عمى الألوان
يوسع هذا العمل فهم العلم الحديث لعمى الألوان، وفقدان البصر المرتبط بالعمر، والأمراض الإضافية المرتبطة بالخلايا المستقبلة للضوء.
وتظهر الدراسة أيضًا كيف تقوم الجينات بتوجيه شبكية العين البشرية لإنتاج خلايا محددة حساسة للألوان. وحتى الآن، كان العلماء يفترضون دائمًا أن هرمونات الغدة الدرقية تتحكم في هذه العملية.
ومن خلال تعديل الخصائص الخلوية للعضيات، اكتشف الباحثون أن الجزيء المعروف باسم حمض الريتينويك هو المسؤول عن تحديد ما إذا كان «المخروط» (خلايا مستقبلة للضوء موجودة في شبكية العين) سيتخصص في استشعار الضوء الأحمر أو الأخضر. والأهم من ذلك، أن البشر الذين يتمتعون برؤية طبيعية، وكذلك الرئيسيات ذات الصلة الوثيقة، هم فقط من يطورون المستشعر الأحمر.
رمي القطعة المعدنية
لعقود من الزمن، اعتقد العلماء أن المخاريط الحمراء تشكلت بناء على آلية «رمي العملة المعدنية» التي تتضمن الخلايا التي تلتزم بشكل عشوائي باستشعار الأطوال الموجية الخضراء أو الحمراء. وفي الوقت نفسه، تشير الأبحاث الحديثة التي أجراها فريق البروفيسور جونستون إلى أن العملية قد تكون تحت سيطرة مستويات هرمون الغدة الدرقية.
ومع ذلك، يشير هذا العمل الأخير إلى أن المخاريط الحمراء تتجسد بعد تسلسل محدد من الأحداث التي ينظمها حمض الريتينويك داخل العين.
تطور مبكر
يشرح مؤلفو الدراسة بالتفصيل اكتشاف مستويات عالية من حمض الريتينويك في التطور المبكر للعضيات التي ترتبط بنسب أعلى من المخاريط الخضراء. وبالمثل، فإن انخفاض مستويات الحمض أدى إلى تغيير التعليمات الوراثية لشبكية العين، ثم تولد مخاريط حمراء في وقت لاحق من عملية التطور.
ويضيف البروفيسور جونستون «قد لا يزال هناك بعض العشوائية في الأمر، لكن اكتشافنا الكبير هو أنك تصنع حمض الريتينويك في وقت مبكر من التطور». «هذا التوقيت مهم حقًا لتعلم وفهم كيفية صنع هذه الخلايا المخروطية».
تطابق الجينات
تتشابه الخلايا المخروطية الخضراء والحمراء تمامًا، باستثناء بروتين واحد يسمى أوبسين الذي يكتشف الضوء ويخبر الدماغ بالألوان التي يتم رؤيتها.
تقرر الأوبسينات المختلفة ما إذا كان المخروط سيصبح مستشعرًا أخضر أم أحمر. ومن المهم ملاحظة أن جينات كل جهاز استشعار تظل متطابقة بنسبة 96%. وبفضل تقنية متقدمة رصدت هذه الاختلافات الجينية الدقيقة في العضويات، قام الباحثون بتتبع التغيرات في نسبة المخاريط على مدار 200 يوم.
تشرح سارة هادينياك، المؤلفة المشاركة، والتي أجرت البحث كطالبة دكتوراه في مختبر جونستون «نظرًا لأننا نستطيع التحكم في عدد الخلايا الخضراء والحمراء في الكائنات العضوية، فيمكننا نوعًا ما أن ندفع حوض السباحة ليكون أكثر خضرة أو أكثر احمرارًا».
وكان فريق البحث متأكدًا من رسم خريطة للنسب المتباينة على نطاق واسع لهذه الخلايا عبر شبكية العين لـ700 شخص بالغ. ويضيف هادينياك أن ملاحظة كيفية تغير نسب المخروط الأخضر والأحمر لدى البشر كانت من بين النتائج الأكثر إثارة للدهشة.
لا يزال العلماء لا يفهمون تمامًا كيف يمكن لنسبة المخاريط الخضراء والحمراء أن تختلف بشكل كبير دون التأثير فعليًا على الرؤية. إذا حددت هذه الخلايا طول ذراع الإنسان، فإن النسب المختلفة ستنتج أطوال أذرع «مختلفة بشكل مذهل»، وفقًا للبروفيسور جونستون.
ارتباط بالجهاز العصبي
من أجل تنمية فهم أكبر لأمراض مثل الضمور البقعي، الذي يمكن أن يؤدي إلى فقدان الخلايا الحساسة للضوء بالقرب من مركز الشبكية، يهدف مؤلفو الدراسة إلى مواصلة أبحاثهم في انسجام مع مختبرات جونز هوبكنز الأخرى. للمضي قدمًا، فإن الهدف الرئيس هو فهم كيفية ارتباط المخاريط والخلايا الأخرى بالجهاز العصبي بشكل أفضل.
ويختتم البروفيسور جونستون «الأمل المستقبلي هو مساعدة الأشخاص الذين يعانون من مشاكل الرؤية هذه». «سوف يستغرق الأمر بعض الوقت قبل أن يحدث ذلك، ولكن مجرد معرفة أننا نستطيع صنع هذه الأنواع المختلفة من الخلايا هو أمر واعد للغاية».
الآن، ولأول مرة على الإطلاق، اكتشف الباحثون في جامعة جونز هوبكنز كيف يقوم «فرع» من فيتامين أ بتوليد الخلايا المتخصصة التي تمكن الناس من الاستمتاع بألوان قوس قزح.
يشرح مؤلفو الدراسة أن النتائج التي توصلوا إليها لم تكن ممكنة لولا سلسلة من شبكية العين البشرية المزروعة في طبق بتري.
يقول مؤلف الدراسة روبرت جونستون، الأستاذ المشارك في علم الأحياء «لقد أتاحت لنا هذه العضويات الشبكية لأول مرة دراسة هذه السمة الخاصة بالإنسان».
«إنه سؤال كبير حول ما الذي يجعلنا بشرًا، وما الذي يجعلنا مختلفين».
عمى الألوان
يوسع هذا العمل فهم العلم الحديث لعمى الألوان، وفقدان البصر المرتبط بالعمر، والأمراض الإضافية المرتبطة بالخلايا المستقبلة للضوء.
وتظهر الدراسة أيضًا كيف تقوم الجينات بتوجيه شبكية العين البشرية لإنتاج خلايا محددة حساسة للألوان. وحتى الآن، كان العلماء يفترضون دائمًا أن هرمونات الغدة الدرقية تتحكم في هذه العملية.
ومن خلال تعديل الخصائص الخلوية للعضيات، اكتشف الباحثون أن الجزيء المعروف باسم حمض الريتينويك هو المسؤول عن تحديد ما إذا كان «المخروط» (خلايا مستقبلة للضوء موجودة في شبكية العين) سيتخصص في استشعار الضوء الأحمر أو الأخضر. والأهم من ذلك، أن البشر الذين يتمتعون برؤية طبيعية، وكذلك الرئيسيات ذات الصلة الوثيقة، هم فقط من يطورون المستشعر الأحمر.
رمي القطعة المعدنية
لعقود من الزمن، اعتقد العلماء أن المخاريط الحمراء تشكلت بناء على آلية «رمي العملة المعدنية» التي تتضمن الخلايا التي تلتزم بشكل عشوائي باستشعار الأطوال الموجية الخضراء أو الحمراء. وفي الوقت نفسه، تشير الأبحاث الحديثة التي أجراها فريق البروفيسور جونستون إلى أن العملية قد تكون تحت سيطرة مستويات هرمون الغدة الدرقية.
ومع ذلك، يشير هذا العمل الأخير إلى أن المخاريط الحمراء تتجسد بعد تسلسل محدد من الأحداث التي ينظمها حمض الريتينويك داخل العين.
تطور مبكر
يشرح مؤلفو الدراسة بالتفصيل اكتشاف مستويات عالية من حمض الريتينويك في التطور المبكر للعضيات التي ترتبط بنسب أعلى من المخاريط الخضراء. وبالمثل، فإن انخفاض مستويات الحمض أدى إلى تغيير التعليمات الوراثية لشبكية العين، ثم تولد مخاريط حمراء في وقت لاحق من عملية التطور.
ويضيف البروفيسور جونستون «قد لا يزال هناك بعض العشوائية في الأمر، لكن اكتشافنا الكبير هو أنك تصنع حمض الريتينويك في وقت مبكر من التطور». «هذا التوقيت مهم حقًا لتعلم وفهم كيفية صنع هذه الخلايا المخروطية».
تطابق الجينات
تتشابه الخلايا المخروطية الخضراء والحمراء تمامًا، باستثناء بروتين واحد يسمى أوبسين الذي يكتشف الضوء ويخبر الدماغ بالألوان التي يتم رؤيتها.
تقرر الأوبسينات المختلفة ما إذا كان المخروط سيصبح مستشعرًا أخضر أم أحمر. ومن المهم ملاحظة أن جينات كل جهاز استشعار تظل متطابقة بنسبة 96%. وبفضل تقنية متقدمة رصدت هذه الاختلافات الجينية الدقيقة في العضويات، قام الباحثون بتتبع التغيرات في نسبة المخاريط على مدار 200 يوم.
تشرح سارة هادينياك، المؤلفة المشاركة، والتي أجرت البحث كطالبة دكتوراه في مختبر جونستون «نظرًا لأننا نستطيع التحكم في عدد الخلايا الخضراء والحمراء في الكائنات العضوية، فيمكننا نوعًا ما أن ندفع حوض السباحة ليكون أكثر خضرة أو أكثر احمرارًا».
وكان فريق البحث متأكدًا من رسم خريطة للنسب المتباينة على نطاق واسع لهذه الخلايا عبر شبكية العين لـ700 شخص بالغ. ويضيف هادينياك أن ملاحظة كيفية تغير نسب المخروط الأخضر والأحمر لدى البشر كانت من بين النتائج الأكثر إثارة للدهشة.
لا يزال العلماء لا يفهمون تمامًا كيف يمكن لنسبة المخاريط الخضراء والحمراء أن تختلف بشكل كبير دون التأثير فعليًا على الرؤية. إذا حددت هذه الخلايا طول ذراع الإنسان، فإن النسب المختلفة ستنتج أطوال أذرع «مختلفة بشكل مذهل»، وفقًا للبروفيسور جونستون.
ارتباط بالجهاز العصبي
من أجل تنمية فهم أكبر لأمراض مثل الضمور البقعي، الذي يمكن أن يؤدي إلى فقدان الخلايا الحساسة للضوء بالقرب من مركز الشبكية، يهدف مؤلفو الدراسة إلى مواصلة أبحاثهم في انسجام مع مختبرات جونز هوبكنز الأخرى. للمضي قدمًا، فإن الهدف الرئيس هو فهم كيفية ارتباط المخاريط والخلايا الأخرى بالجهاز العصبي بشكل أفضل.
ويختتم البروفيسور جونستون «الأمل المستقبلي هو مساعدة الأشخاص الذين يعانون من مشاكل الرؤية هذه». «سوف يستغرق الأمر بعض الوقت قبل أن يحدث ذلك، ولكن مجرد معرفة أننا نستطيع صنع هذه الأنواع المختلفة من الخلايا هو أمر واعد للغاية».
