Zvětšit obrázek

Skvrny na DNA odhalují, že jádro tyčinkových buněk (vlevo nahoře) ze sítnice myšího oka má jinak formovanou DNA, než gangliové buňky (dole vlevo), nebo než buňky kůže (vpravo). Modré a červené zbarvení ukazuje, kde je lokalizována hodně komprimovaná (hustá) inaktivní DNA, nazývaná heterochromatin. Ve většině buněk je heterochromatin natlačen k okraji jádra. U tyčinkových buněk nočních tvorů je ve středu buněčných jader, kde funguje jako čočka koncentrující světelné paprsky. (Solovei, I. A kol.: Cell, April 17, 2009

Zrak je u savců často tím nejdůležitějším smyslem. Člověk například vnímá svět okolo sebe z asi 80% (míněno všech informací z okolí), prostřednictvím zraku. Oči nám světlo (elektromagnetické záření) transformují na nervové signály. O přijem a zpracování světelných informací se nám v každém z nich stará zhruba 100 milionů receptorových buněk. Vlastními orgány citlivými na světlo jsou tyčinky a čípky. Tyto dva druhy receptorů jsou na sítnici rozloženy nerovnoměrně: žlutá skvrna je hustě zaplněna především čípky, s přibývající vzdáleností od středu žluté skvrny klesá hustota čípků a stoupá hustota tyčinek. Barevný vjem mohou zprostředkovat pouze čípky, tyčinkami lze vnímat pouze rozdíly jasů (skotopické vidění). Při dostatečné hladině osvětlení převládá vnímání čípky, takže vidíme barevně. Při velmi slabém osvětlení vnímá oko tyčinkami, které nejsou citlivé na barvu, a proto vidíme předměty pouze v odstínech šedi. Spojení receptorových buněk s mozkem má na starosti asi 1,6 milionu nervových vláken. 

Zvětšit obrázek

Počítačová simulace ukazuje, jak by se světlo rozptyluje v běžné DNA (vlevo), a jak se chová v uspořádání, jaké vykazují tyčinkové buňky oční sítnice nočních savců (vpravo). Solovei, I. et al. Cell April 17, 2009

Když němečtí vědci z Ludwig-Maximilians University Munich  zjišťovali funkce genů v buňkách  oka, přišli na jisté nelogičnosti v utváření DNA . Zjistili to náhodou při  porovnávání spuštěných genů v  tyčinkách a v čípcích. Pravidlem bývá, že aktivní geny jsou umístěny v té části DNA, která je blízko středu buněčného jádra. Je to proto, že tam geny mají snadnější přístup k buněčnému mechanismu, kterým se přepisují instrukce z DNA do RNA. Neaktivní DNA je natlačena do periferie jádra, kde je z procesu přepisu genů (jejich funkčnosti),  poněkud, „ze hry“. 
Tyčinkové buňky v myší sítnici ale vykazovaly aktivitu genů při okraji buněčného jádra. Střed buněčného jádra se choval přesně opačně. Na rozdíl od „normálních“ buněk měly tyto oční buňky střed jádra z komprimovaného, neaktivního, chromatinu. Tyto „pomatené“ buňky (rozuměj buňky s hustotně nelogicky organizovanými jádry) si myši soustředí do tyčinkových očních buněk a to do jejich přední a středové části.  Toto uspořádání ve stylu „ vše co má být uvnitř je vně a co má být vně je uvnitř“,  vědce mátlo. Žádná z teorií tak bláznivé uspořádání nebyla schopna objasnit.

Nastalo vyšetřování očí u dalších druhů zvířat, včetně kočky, králíka, srnce, potkana, vačice, fretky... Teprve až se podařilo zjistit jak je to u zhruba tuctu druhů savců, ukázala se určitá zákonitost – DNA uspořádanou „naruby“ měla zvířata aktivní v noci. Denní tvorové měli uspořádání jaderné DNA „klasické“, tedy to, jaké mají savci v ostatních buňkách. 

Zvětšit obrázek

Savci aktivní v noci mají neaktivní DNA (heterochromatin) koncentrován do jednoho nebo dvou centrálních míst buněčného jádra. Zvířata aktivní ve dne mají uspořádání DNA v jádře tyčinkových buněk obdobné, jako je v ostatních tělních buňkách. (Solovei, I. et al. Cell April 17, 2009)

Ani tento poznatek ale nedal odpověď na otázku, proč životní styl takové uspořádání DNA, které genům komplikuje život, zvířata upřednostňují.  Až spolupráce s Jochenem Guckem, biofyzikem z University of Cambridge, přinesla rozuzlení. Angličan zjistil, že jádra buněk hrají úlohu čoček.

Umístění heterochromatinu o vysoké hustotě do středu buňky podle něj zvýší index lomu procházejícímu světlu. Fotony se totiž šíří rychleji v prostředí málo komprimované DNA (té, která je při kraji jádra a jejíž geny jsou aktivní) a které se říká euchromatin. Ve zhuštěné  DNA – heterochromatinu se fotony šíří pomaleji. To soustředí světlo do středu buněk a jejich soustava pak zastává funkci jakéhosi objektivu. 

Závěr
To, že buňky sítnice dokážou snižovat ztráty procházejícího světla, se již vědělo. Ptáci, ještěrky a ryby například k tomu využívají kapek olejovité látky. Toto řešení je ale uplatňováno u buněk zvaných čípky. Noční zvířata ale mají v oku převahu tyčinek a toto řešení by jim moc platné nebylo.  Nyní je to poprvé, co se ukázalo, že DNA může zastávat také jinou úlohu, než jakými jsou uchování informace a funkce enzymatická. DNA umí zastat funkci optické čočky. Objev nastoluje domněnku, že by se mohlo jednat o znak, který měl již společný předek savců. To by potom ale znamenalo, že náš pra, pra, pra… byl nočním zvířetem.  Zdá se to být logické, že nevýhody plynoucí z komplikovanějšího přenosu informace z DNA do RNA u těchto buněk byly zřejmě menší, než prospěch z lepší orientace ve tmě. A zřejmě proto také tomuto řešení mnozí živočichové dodnes neřekli své „sbohem“.