几个世纪以来，鸟类的眼睛一直困扰着科学家。其中一个谜团源于一个简单的问题：鸟类视网膜如何在没有氧气的情况下保持活力？
发表在《自然》杂志上的一项新研究最终解释了这种奇特的能力。这项研究也改变了科学界300多年来对鸟类眼睛结构的认知。
这些发现甚至可能有助于未来对中风等人类疾病的医学研究。
为什么鸟类视网膜如此特殊
视网膜位于眼球后部，负责将光线转化为大脑接收的信号。这种组织工作非常辛苦，需要大量的能量。
在人类和大多数动物体内，微小的血管负责输送氧气，以维持视网膜细胞的生命。如果没有氧气，神经组织通常会很快死亡。
鸟类的视网膜打破了这条规则。视网膜组织内部没有血管。科学家们长期以来认为，这种结构通过保持光线畅通来改善视力。
然而，还有一个问题尚未解决：这种耗能巨大的组织如何在没有氧气的情况下存活？根据我们已知的生物学知识，这种结构应该行不通。
17世纪的一桩谜案
科学家们一度认为一种名为眼梳的结构解决了这个问题。这种梳状器官位于鸟类的眼睛内部，含有许多血管。
研究人员推测它负责向视网膜输送氧气。这种结构早在17世纪就已被发现，但一直缺乏确凿的证据。
造成困惑的原因之一是技术难度。在保持鸟类正常生理状态的同时测量其眼内的氧气含量非常困难。
该研究的资深作者 Jens Randel Nyengaard 是奥胡斯大学临床医学系的教授。
“这样做在技术上极具挑战性。你需要保持动物处于稳定、正常的生理状态，同时进行非常精细的测量，”尼恩加德教授指出。
经过多年的努力，团队终于成功了。
完全没有氧气
测量结果令研究人员震惊。眼梳并不向视网膜输送氧气。大约一半的视网膜组织完全得不到氧气。内层视网膜长期处于缺氧状态。
该研究的第一作者 Christian Damsgaard 是奥胡斯大学的副教授。
“我们的出发点很简单。根据我们对生理学的了解，这种组织不应该能够发挥功能，”达姆斯加德教授说。
这一结果引出了一个新的问题：视网膜在没有氧气的情况下是如何产生能量的？
观察视网膜内部
为了解答这个问题，研究人员采用了一种名为空间转录组学的方法。这项技术可以显示哪些基因处于活跃状态，以及这些基因的活性发生在组织内的哪个位置。
研究人员在视网膜薄切片上同时研究了数千个基因。
“我们不是一次只研究一两个基因，而是同时研究5000到10000个基因，每个基因都精确地定位在特定位置，”达姆斯加德说。“这让我们拥有了一种分子GPS。”
结果显示，与无氧糖酵解相关的基因活性很高。无氧糖酵解是指在无氧条件下分解糖类的过程。这种代谢方式产生的能量远低于有氧代谢方式。
“这种不匹配又引出了另一个问题：人体中最耗能的组织之一，如何能在如此低效的过程中生存下来？”尼恩加德指出。
燃油输送系统
进一步的成像研究揭开了谜底。研究人员利用特制的标记糖，发现鸟类视网膜吸收葡萄糖的速率非常高。这种组织吸收的糖分远多于大脑其他区域。
这一发现使科学家们重新关注扇贝的眼状结构。基因活性显示，该结构中葡萄糖和乳酸转运蛋白的含量很高。
果胶起到燃料输送系统的作用。它将大量糖分输送到视网膜，并将乳酸废物清除回血液中。
“扇贝不是氧气供应器，而是燃料输入和废物输出的运输系统，”尼恩加德说。
这一发现推翻了几个世纪以来人们对眼睛生物学的认知。
鸟类视网膜的演化
避开血管和氧气可能通过减少光散射来提高视觉清晰度。进化证据表明，这种特征起源于恐龙，而恐龙后来演化成了现代鸟类。
这项研究侧重于基础生物学，但其影响远不止于此。
“在诸如中风之类的疾病中，人体组织会因氧气输送减少和代谢废物堆积而受损，”尼恩加德说。“在鸟类视网膜中，我们看到了一种应对缺氧的完全不同的系统。”
“大自然已经解决了鸟类身上一个会让人类生病的生理问题。我们希望，理解这种进化解决方案能够启发人们以新的视角思考为什么组织会在疾病状态下因缺氧而衰竭，以及如何治疗这类疾病。”
几个世纪以来，鸟类的眼睛一直困扰着科学家。其中一个谜团源于一个简单的问题：鸟类视网膜如何在没有氧气的情况下保持活力？
发表在《自然》杂志上的一项新研究最终解释了这种奇特的能力。这项研究也改变了科学界300多年来对鸟类眼睛结构的认知。
这些发现甚至可能有助于未来对中风等人类疾病的医学研究。
为什么鸟类视网膜如此特殊
视网膜位于眼球后部，负责将光线转化为大脑接收的信号。这种组织工作非常辛苦，需要大量的能量。
在人类和大多数动物体内，微小的血管负责输送氧气，以维持视网膜细胞的生命。如果没有氧气，神经组织通常会很快死亡。
鸟类的视网膜打破了这条规则。视网膜组织内部没有血管。科学家们长期以来认为，这种结构通过保持光线畅通来改善视力。
然而，还有一个问题尚未解决：这种耗能巨大的组织如何在没有氧气的情况下存活？根据我们已知的生物学知识，这种结构应该行不通。
17世纪的一桩谜案
科学家们一度认为一种名为眼梳的结构解决了这个问题。这种梳状器官位于鸟类的眼睛内部，含有许多血管。
研究人员推测它负责向视网膜输送氧气。这种结构早在17世纪就已被发现，但一直缺乏确凿的证据。
造成困惑的原因之一是技术难度。在保持鸟类正常生理状态的同时测量其眼内的氧气含量非常困难。
该研究的资深作者 Jens Randel Nyengaard 是奥胡斯大学临床医学系的教授。
“这样做在技术上极具挑战性。你需要保持动物处于稳定、正常的生理状态，同时进行非常精细的测量，”尼恩加德教授指出。
经过多年的努力，团队终于成功了。
完全没有氧气
测量结果令研究人员震惊。眼梳并不向视网膜输送氧气。大约一半的视网膜组织完全得不到氧气。内层视网膜长期处于缺氧状态。
该研究的第一作者 Christian Damsgaard 是奥胡斯大学的副教授。
“我们的出发点很简单。根据我们对生理学的了解，这种组织不应该能够发挥功能，”达姆斯加德教授说。
这一结果引出了一个新的问题：视网膜在没有氧气的情况下是如何产生能量的？
观察视网膜内部
为了解答这个问题，研究人员采用了一种名为空间转录组学的方法。这项技术可以显示哪些基因处于活跃状态，以及这些基因的活性发生在组织内的哪个位置。
研究人员在视网膜薄切片上同时研究了数千个基因。
“我们不是一次只研究一两个基因，而是同时研究5000到10000个基因，每个基因都精确地定位在特定位置，”达姆斯加德说。“这让我们拥有了一种分子GPS。”
结果显示，与无氧糖酵解相关的基因活性很高。无氧糖酵解是指在无氧条件下分解糖类的过程。这种代谢方式产生的能量远低于有氧代谢方式。
“这种不匹配又引出了另一个问题：人体中最耗能的组织之一，如何能在如此低效的过程中生存下来？”尼恩加德指出。
燃油输送系统
进一步的成像研究揭开了谜底。研究人员利用特制的标记糖，发现鸟类视网膜吸收葡萄糖的速率非常高。这种组织吸收的糖分远多于大脑其他区域。
这一发现使科学家们重新关注扇贝的眼状结构。基因活性显示，该结构中葡萄糖和乳酸转运蛋白的含量很高。
果胶起到燃料输送系统的作用。它将大量糖分输送到视网膜，并将乳酸废物清除回血液中。
“扇贝不是氧气供应器，而是燃料输入和废物输出的运输系统，”尼恩加德说。
这一发现推翻了几个世纪以来人们对眼睛生物学的认知。
鸟类视网膜的演化
避开血管和氧气可能通过减少光散射来提高视觉清晰度。进化证据表明，这种特征起源于恐龙，而恐龙后来演化成了现代鸟类。
这项研究侧重于基础生物学，但其影响远不止于此。
“在诸如中风之类的疾病中，人体组织会因氧气输送减少和代谢废物堆积而受损，”尼恩加德说。“在鸟类视网膜中，我们看到了一种应对缺氧的完全不同的系统。”
“大自然已经解决了鸟类身上一个会让人类生病的生理问题。我们希望，理解这种进化解决方案能够启发人们以新的视角思考为什么组织会在疾病状态下因缺氧而衰竭，以及如何治疗这类疾病。”
