Hyönteisen näköaistin toisen asteen solujen toiminnalliset ominaisuudet

Väitöstyössä on tutkittu näköaistin toisen asteen solujen (LMC) toiminnallisia ominaisuuksia. Näköaistin solut muuttavat valon kirkkauden muutokset jännitesignaaliksi. Tämä signaali, joka pitää sisällään informaatiota siitä mitä eläin näkee, siirretään seuraavan asteen näköaistinsoluihin. LMC-solut edustavat ensimmäisiä askeleita visuaalisen informaation käsittelyssä, ja niillä on tärkeä rooli esimerkiksi liikenäössä. Visuaalisen informaation käsittelyn mekanismit ovat usein hyvin samankaltaiset eläinlajista riippumatta. Tutkimus tuo uutta tietoa näköaistin varhaisen vaiheen tiedonkäsittelystä.

Tutkimuksessa solujen sähköisiä ominaisuuksia mitattiin asettamalla elektrodi elävän hyönteisen toisen asteen näköaistinsoluun. Menetelmä mahdollistaa mitattujen solujen värjäyksen ja niiden morfologisen identifioimisen. Lisäksi työssä hyödynnettiin mittausten pohjalta rakennettua matemaattista solumallia. Mallieläiminä käytettiin kolmea eri hyönteislajia.

Ensimmäisessä osatyössä tutkittiin kärpäsen LMC-solukalvon sähköisiä ominaisuuksia. Solukalvon sähköiset ominaisuudet määrittelevät sen, kuinka nopeita jännitesignaalin muutoksia solu voi välittää. Tämä on erityisen tärkeää liikenäön kannalta. Tutkimuksessa havaittiin, että LMC- solutyypit jakautuvat signalointiominaisuuksiltaan kahteen erilaiseen solutyyppiin, nopeisiin ja signaalivahvistukseltaan pieniin, sekä hitaisiin ja vahvistukseltaan suuriin. Signalointiominaisuudet todennäköisesti heijastelevat kunkin solutyypin erityistä roolia väri- ja liikenäössä.

Toisessa osatyössä tutkittiin kimalaisen LMC-solujen morfologiaa sekä sähköisiä ja toiminnallisia ominaisuuksia. Toiminnallisesti kimalaisen LMC-solut vastasivat paljolti kärpäsen vastaavia soluja. Olennainen ero oli, että osa LMC-soluista käyttää tiedonsiirrossa analogisen signaloinnin lisäksi kaikki-tai-ei-mitään -tyyppisiä aktiopotentiaaleja, mikä on verrattavissa digitaaliseen signalointiin. Perinteisesti LMC-solujen on ajateltu käyttävän tiedonsiirrossa yksinomaan analogista signalointia.

Kolmannessa osatyössä tutkittiin aktiopotentiaalien tarkoitusta LMC-soluissa sekä LMC-solujen roolia perhosen värinäössä. Solun sähköiset mittaukset osoittivat, että aktiopotentiaalit koodaavat tietoa valon kirkkauden nopeista laskuista. Aktiopotentiaaleja käyttävien LMC-solujen signalointistrategia muuttuu valaistusolosuhteiden mukaan. Kirkkaissa valaistusoloissa solut käyttävät yksinomaan analogista signalointia. Hämärässä signalointistrategia muuttuu, ja solu käyttää yhtä aikaa analogista signalointia ja aktiopotentiaaleja. Tällainen harva, niukemmin informaatiota sisältävä mutta suuren vahvistuksen tarjoava signalointimenetelmä on toimivampi hämärässä. Mittaukset osoittivat, että LMC-soluilla voi olla luultua suurempi rooli värinäössä.