生命科學

透視水晶體的生與死

眼睛裡負責聚焦光線的水晶體,為什麼可以如此 純淨透明?原來一切都是細胞自殺的結果!

撰文/達姆(Ralf Dahm)
翻譯/姚若潔

生命科學

透視水晶體的生與死

眼睛裡負責聚焦光線的水晶體,為什麼可以如此 純淨透明?原來一切都是細胞自殺的結果!

撰文/達姆(Ralf Dahm)
翻譯/姚若潔

眼球中的水晶體,是人體唯一的透明組織。過去幾年,專家已確知聚光所必需的透明度,大部份源於水晶體細胞的獨特能力,它們可在發育即將完成時啟動自我摧毀程式,變成中空但能續存的細胞,好讓可見光通過。


若能更了解水晶體細胞是如何變成透明並繼續維持,或許可找到防止白內障的方法。65歲以上的美國人中,逾半數有這種視線受阻的問題。唯一的治療方式是透過手術摘除水晶體,並置入人工移植物。儘管如此,很多病人還是出現併發症,而需要進行第二次手術。由於白內障多半影響年紀大的人,對這些人而言,任何手術都是一種負擔,若有什麼辦法能減緩或停止白內障的形成,甚或使受損的水晶體恢復,將會有很大的助益。


對於水晶體如何嚴密控制細胞自殺,若能有更進一步的了解,除了能維護視力,還可以提供一些洞見,以治療因細胞過度死亡或不當而導致的病症,其中包括帕金森氏症、阿茲海默症,還有慢性感染如愛滋病等。





水晶體的發育始於胚胎早期,還未分化的細胞(幹細胞)襯在球形囊泡內緣(最上圖),分化成跨越空腔的水晶體細胞(上圖)。





水晶體是活的嗎?

水晶體是生物上的奇蹟,集密度、彈性與透明於一身。只要它稍微不透明,我們的視覺世界會變成像哈哈鏡一般,充滿變形而模糊的光影。如果水晶體有些許顏色,便會吸光,使我們看不見某些顏色。


許多動物都有半透明的部份,例如昆蟲的翅膀,但自然界中真正透明的組織非常稀有,也很難達成。人類的角膜是透明的,但它只是薄薄一層由蛋白質與醣類構成的膠狀結構,而非細胞構成的組織。水晶體則由約1000層完全透明的活細胞組成。除了視覺之外,在自然世界中應用透明度的顯著例子,只有某些海洋與淡水生物,牠們利用本身的透明融入開放水域,以躲避掠食者,水母即是其中一例。然而這類動物絕大部份只能算是「高度半透明」,還不算完全透明。


透明並不容易達成,因為細胞中有稱為「胞器」的內部構造,例如儲存DNA的細胞核、產生能量的粒線體,以及對合成蛋白質與脂質很重要的高爾基體與內質網。每個構造都有各自的折射率,當光線穿越折射率不同的區域時,便會散射而造成某種程度的不透明。


再者,有些細胞會吸收某些光波而產生顏色。例如血球細胞中的血紅素,其獨特的紅色便是由血色素所造成。器官與肌肉由於有血液供應,基本上也呈現紅色。另外,不少細胞(尤其是頭髮與皮膚細胞)都含有黑色素,那是一種色素分子,顏色從紅到黑都有。