实验室培育的视网膜解释了为什么人能看到狗看不到的颜色

通过在培养皿中培养人类视网膜，研究人员发现了维生素a的一个分支是如何产生特殊细胞的，这些细胞使人们能够看到数百万种颜色，这是狗、猫和其他哺乳动物所不具备的能力。

“这些视网膜类器官让我们第一次研究了这种非常人类特有的特征，”作者罗伯特约翰斯顿说，他是生物学副教授。“这是一个巨大的问题，是什么让我们成为人类，是什么让我们与众不同。”

该研究结果发表在《公共科学图书馆·生物学》杂志上，增加了对色盲、与年龄有关的视力丧失以及与感光细胞有关的其他疾病的了解。他们还展示了基因如何指导人类视网膜制造特定的颜色感应细胞，科学家们认为这一过程是由甲状腺激素控制的。

通过调整类器官的细胞特性，研究小组发现一种叫做视黄酸的分子决定了视锥细胞是专注于感知红光还是绿光。只有视力正常的人和与之密切相关的灵长类动物才会有红色传感器。

几十年来，科学家们一直认为，红色视锥细胞是通过抛硬币机制形成的，细胞偶然地决定感知绿色或红色波长——约翰斯顿团队的研究最近暗示，这一过程可能受到甲状腺激素水平的控制。相反，新的研究表明，红色视锥细胞是通过眼内视黄酸精心安排的一系列特定事件形成的。

研究小组发现，在类器官发育的早期，高水平的视黄酸与较高比例的绿色锥体相关。同样，低水平的酸改变了视网膜的遗传指令，并在发育后期产生了红色视锥细胞。

约翰斯顿说:“这可能仍然有一些随机性，但我们的重大发现是，人在发育早期就产生了维甲酸。”“这个时间对于学习和理解这些视锥细胞是如何形成的真的很重要。”

绿色视锥细胞和红色视锥细胞非常相似，除了一种叫做视蛋白的蛋白质不同，视蛋白可以探测光线并告诉大脑人们看到的颜色。不同的视蛋白决定了一个锥体是绿色还是红色的传感器，尽管每种传感器的基因保持96%相同。通过一项突破性的技术，该团队发现了类器官中细微的遗传差异，并在200天内追踪了锥体比例的变化。

“因为我们可以控制类器官中绿色和红色细胞的数量，我们可以推动池更绿或更红，”作者莎拉·哈迪尼亚克说，她是约翰森实验室的博士生，现在在杜克大学进行了这项研究。“这对弄清楚维甲酸是如何作用于基因的具有重要意义。”

研究人员还绘制了700名成年人视网膜中这些细胞的比例差异很大的地图。Hadyniak说，观察人类绿色和红色锥体比例的变化是这项新研究中最令人惊讶的发现之一。

科学家们仍然不能完全理解绿色和红色视锥细胞的比例如何在不影响视力的情况下发生如此大的变化。约翰斯顿说，如果这些类型的细胞决定了人类手臂的长度，那么不同的比例将产生“惊人的不同”手臂长度。

为了加深对黄斑变性等疾病的了解，研究人员正在与约翰霍普金斯大学的其他实验室合作。黄斑变性会导致视网膜中心附近的感光细胞丧失。目的是加深他们对视锥细胞和其他细胞如何与神经系统联系的理解。

约翰斯顿说:“未来的希望是帮助那些有视力问题的人。”“这还需要一段时间才能实现，但只要知道我们可以制造出这些不同类型的细胞就非常非常有希望。”