我们为什么能看见颜色?
阳光普照大地,一部分光线被吸收并转换成热能。没有被吸收,而从物体上反射出来的一部分光线则进入了我们的眼睛。这样便带来了光明和色彩。物体本身是没有颜色的,颜色只是物体对光的反射,而物体反射的光在大脑中形成的反映就是颜色。
高中的生物知识告诉我们,视网膜边缘的杆状细胞可以区分光亮和黑暗,而中央的锥状细胞还能分别感受各种颜色的波长。由于后者在它能感受的颜色波长上有重叠,为了节省能量,眼睛直接测量不同锥状细胞反应的差别,而不关注它们单独的反应。与之相关是颜色的拮抗作用理论,我们的眼睛利用这个理论,更有效地获取色彩信息。
对了,还记得高中学的胰岛素与胰高血糖素是怎么调节血糖含量的吗?就是一种对抗作用。这种色彩理论,指人类的视觉系统,依靠视网膜中的锥状细胞和杆状细胞,以对抗方式处理信号,从而解释颜色信息。该理论认为有三组拮抗通道:红绿,蓝黄,黑白(黑白不算颜色,只是亮度的差别)。人眼对每组中两种颜色的反应是对抗的。
在一项最新的研究中,美国约翰霍普金斯大学的研究人员从头开始构建出人类视网膜类器官,从而确定出让人们看到颜色的细胞是如何产生的。
这项研究为开发出治疗色盲和黄斑变性等眼科疾病的疗法奠定基础。它还将在实验室中构建出的这种“类器官(organoid)”作为一种在细胞水平上研究人类发育的模型。
论文通信作者、约翰霍普金斯大学发育生物学家Robert Johnston说,“我们研究的所有东西看起来都像一只正常的发育中的眼睛,它们只是在培养皿中培养的。你有一种模型系统,你就能够在不用直接研究人体的情况下操纵它。”
借助CRISPR技术来操控甲状腺激素水平,研究人员在研究中成功关闭了人造眼睛中绿色和红色探测细胞的生长。这一研究结果能够让我们更深入的了解人类如何形成色觉,而且有可能在未来帮助医生们治疗失明症状。
直接研究色觉是非常困难的,因为从人的眼睛中获取活体组织样本就是一种挑战。一种全新而且痛苦较少的取样方式就是使用类器官,这种类器官是在实验室中使用干细胞直接培育出来的器官。
研究团队首先培育出了具有正常三色色觉的人造眼睛。他们留意到蓝色感知细胞会首先发育,接下来是红色和绿色细胞。研究人员猜测到底是什么导致它们具备了不同的色彩敏感性。研究论文的作者,毕业生Kiara Eldred称:“色觉让我们与其它大多数哺乳动物区分开来。我们的研究想要真正试图了解这些细胞如何给予我们人类特殊的视觉。”
长期以来,研究人员一直怀疑甲状腺激素影响着视网膜中红、绿、蓝三种色彩识别视锥细胞的形成。借助CRISPR技术,约翰霍普金斯大学的研究人员关闭了一些人造眼睛中的甲状腺激素受体,这些类器官就会只产生对蓝色敏感的细胞。在蓝色敏感细胞产生前,当研究人员在人造眼睛中增加甲状腺激素时,这些类器官中就会只产生红色和绿色视锥细胞。
这些发现进一步证实了子宫中色觉发育会受到影响,而且早产儿会因为得不到足够的甲状腺激素拥有更高的视觉障碍风险。Eldred称:“如果我们能够回答什么决定了细胞的命运,我们就更接近于恢复光受体受损人群的色觉。”研究团队未来想要对黄斑进行研究,并且为黄斑变性找到临床治疗方法,因为这一病变是人类致盲的主要原因之一。
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