فقط یک مولکول دیدن میلیون‌ها رنگ بیشتر از حیوانات را برای ما امکان‌پذیر می‌کند

به‌سختی می‌توان دنیا را از دید دیگران به‌ویژه حیوانات تصور کرد؛ اما پژوهشی جدید با استفاده از شبکیه‌ی رشدیافته در آزمایشگاه نشان می‌دهد بینایی حتی بین انسان‌های مختلف، بسیار متننوع است.

علت چنین تنوعی ممکن است ناشی از چگونگی شکل‌گیری سلول‌های مخروطی قرمز و سبز در شبکیه باشد. سلول‌های مخروطی در واقع سلول‌های حسگر نور در چشم‌ مهره‌داران هستند و واکنش‌های ترکیبی آن‌ها به طول موج‌های مختلف، دید رنگی را امکان‌پذیر می‌کند.

انسان‌ها و برخی از نخستی‌های نزدیک به او تنها پستانداران شناخته‌شده هستند که می‌توانند رنگ قرمز، سبز و آبی را ببینند. حیوانات دیگر مثل پرندگان و برخی حشرات نیز قادر به دیدن رنگ قرمز هستند. نوع بینایی یک حیوان رابطه‌ی نزدیکی با تکامل آن در کنار گیاهانی دارد که میوه و گل تولید می‌کنند. برای مثال این توانایی می‌تواند برای دیدن سیب قرمز رسیده‌ در میان تعداد زیادی از میوه‌های سبز مفید باشد.

پستاندار دیگری با توانایی دیدن رنگ قرمز، صاریغ شهدخوار (Tarsipes rostratus) است. این گرده‌افشان کیسه‌دار استرالیایی در نمونه‌ای شگفت‌انگیز از تکامل همگرا، از توانایی مشابه پرندگان برای جستجوی شهد گیاه بانکسیا بهره می‌برد.

سلول‌های مخروطی قرمز و سبز انسان اساساً یکسان هستند و صرفاً تفاوت شیمیایی اندکشان تعیین می‌کند کدام رنگ را تشخیص دهند. پروتئینی به نام اوپسین در دو نوع متفاوت، حساس به قرمز یا حساس به سبز موجود است و دستورالعمل‌های ژنتیکی آن‌ها کنار یکدیگر روی کروموزوم X قرار دارد. درنتیجه درهم‌آمیزی آن‌ها در فرایند «نوترکیبی ژنی» به راحتی می‌تواند انواع کوررنگی مادرزادی قرمز-سبز را به‌وجود آورد.

اکنون پژوهشی جدید، برخی اطلاعات تازه درباره‌ی آن اجزای کلیدی تعیین‌کننده‌ی بینایی (که دربردارنده‌ی صرفا چهار درصد تفاوت بین ژن‌های کدکننده‌ی پروتئین‌ها هستند)، ارائه داده است.

قبلا تصور می‌کردیم تعیین سلول‌های مخروطی اساساً به‌صورت تصادفی رخ می‌دهد؛ هرچند پژوهش‌های جدیدتر به نقش کلیدی سطح تیروئید اشاره کرده‌اند. بااین‌حال، تیمی از دانشگاه جانز هاپکینز و دانشگاه واشنگتن کشف کرده‌اند که سطوحی از مولکول مشتق‌شده از ویتامین A به نام رتینوئیک اسید، دست‌کم در شبکه‌های آزمایشگاهی موجب ساخت یا تجزیه‌ی نسبت سلول‌های مخروطی سبز و قرمز می‌شود. به گفته‌ی رابرت جانستون، زیست‌شناس تکاملی دانشگاه جانز هاپکینز:

بررسی ارگانوئیدها (اندام‌واره‌ها) برای اولین بار به ما اجازه داد، ویژگی بسیار خاص بینایی انسان را بررسی کنیم. پرسشی بزرگ که عامل تمایز ما نسبت به گونه‌های دیگر شده است.

شبکیه‌ها در آزمایشگاه در مرحله‌ی رشد اولیه (شصت روز اول) در معرض رتینوئیک اسید بیشتری قرار گرفتند که به تولید نسبت‌های بالاتر سلول‌های مخروطی سبز در ارگانوئید پس از ۲۰۰ روز انجامید. از سویی سلول‌های مخروطی نارسی که در معرض سطح پائینی از اسید قرار گرفته‌ بودند، بعدا به سلول‌های مخروطی قرمز تبدیل شدند.

در نمونه‌ی فوق، زمان‌بندی نیز اهمیت زیادی دارد. اگر رتینوئیک اسید از ۱۳۰ روز به بعد اضافه می‌شد، عملا تأثیر خود را از دست می‌داد. این یافته نشان می‌دهد که اسید در ابتدای رشد نوع سلول مخروطی را تعیین می‌کند و نمی‌تواند موجب شود که سلول‌های مخروطی قرمز به مخروطی‌های سبز از قبل بالغ تبدیل شوند.

تمام شبکیه‌های آزمایشگاهی دارای تراکم سلول‌های مخروطی مشابهی بودند که به پژوهشگرها امکان می‌داد مرگ سلول مخروطی را به عنوان عامل تأثیرگذار بر نسبت قرمز به سبز حذف کنند.

سارا هادینیاک، زیست‌شناس تکاملی و یکی از مؤلفان پژوهش بر این باور است که با یافته‌های این بررسی می‌توان به چگونگی تأثیر رتینوئیک اسید بر ژن‌ها پی برد. برای درک مقدار تأثیرگذار این اسید بر بینایی انسان، پژوهشگرها به بررسی شبکیه‌های ۷۳۸ مرد بزرگسال پرداختند که علامتی از نقص بینایی رنگی را نداشتند. آن‌ها نسبت به تغییرات طبیعی در نسبت سلول مخروطی قرمز به سبز در این گروه شگفت‌زده شدند.

مشاهده‌ی تغییرات نسبت سلول‌های مخروطی سبز و قرمز در انسان یکی از شگفت‌انگیزترین یافته‌های پژوهش جدید بود. هنوز مشخص نیست چه مقدار از این تغییرات بدون تأثیر چشمگیر بر بینایی رخ می‌دهند.

یافته‌های پژوهش در PLOS Biology منتشر شده است.