1530
Уявіть, що складні людські очі з їхньою сітківкою, паличками й колбочками колись були… одним єдиним «оком-циклопом» посеред голови крихітної морської істоти. Саме таку несподівану історію походження нашого зору пропонує нова еволюційна модель, описана в матеріалі ScienceAlert.
Що відомо коротко
- Модель припускає, що парні сітківки хребетних виникли з одного простого світлочутливого органа в спільного предка віком близько 600 мільйонів років.
- Цей давній орган був середнім оком посеред голови червоподібної морської тварини, що жила в норі й фільтрувала воду.
- З того самого середнього ока могли еволюціонувати і ліва та права сітківки, і шишкоподібна система глибоко в мозку.
- Модель побудована на порівнянні світлочутливих клітин, органів зору та нейронних схем у різних груп тварин, а не на викопних рештках.
- Дослідження показує, що різні типи клітин сітківки мають різне еволюційне походження, але могли об’єднатися в одному давньому середньому органі.
Як одне «око-циклоп» могло стати двома очима
Автори моделі — сенсорний біолог Дан-Ерік Нільссон (Dan-Eric Nilsson) з Лундського університету та Джордж Кафеціс (George Kafetzis), Майкл Дж. Бок (Michael J. Bok) і Томас Баден (Thomas Baden) з Університету Сассекса — пропонують дивитися на еволюцію ока як на перебудову вже наявних деталей, а не створення органа «з нуля».
Уявімо давню морську тварину з червоподібним тілом, яка жила в норі на дні й фільтрувала морську воду, щоб добути їжу. На ранніх етапах еволюції в неї могли бути парні очі або принаймні скупчення світлочутливих клітин по боках голови. Вони не давали чіткої картинки, але допомагали відрізняти день від ночі й розуміти, де верх, а де низ.
Коли спосіб життя став майже нерухомим і фільтрувальним, переваги детального зору зменшилися. Бокові світлочутливі структури поступово зникли, а от клітини посеред голови збереглися й з часом сформували простий світлочутливий орган — так зване середнє око.
Пізніше нащадки цієї істоти знову перейшли до активного плавання. Рухливий спосіб життя знову зробив вигідним складніший зір, здатний виявляти їжу, перешкоди й хижаків. Замість того щоб «вигадувати» нові очі, еволюція, за моделлю вчених, використала вже наявний ресурс — середнє око.
Цей центральний орган міг розширитися в боки, розділитися й дати початок лівій і правій сітківкам перших хребетних, а також шишкоподібній і парашишкоподібній системам у мозку.
Що відбувалося всередині: клітини та нейронні схеми
У хребетних сітківка формується під час ембріонального розвитку як виріст мозку. Це відрізняє її від очей комах чи кальмарів, які розвиваються з поверхневих тканин голови й мають іншу еволюційну історію.
Нова модель пояснює ще одну загадку: чому в нашій сітківці поєднуються клітини з різним еволюційним корінням. Палички й колбочки належать до циліарної лінії фоторецепторів — саме вони перетворюють світло на електричні сигнали. Поруч із ними працюють гангліозні, амакринові й горизонтальні клітини, пов’язані з рабдомірними фоторецепторами, які обробляють інформацію й передають її в мозок.
У багатьох інших тварин ці дві лінії клітин розділені між різними світлочутливими системами. За новою гіпотезою, давній середній орган уже містив клітини обох типів. Тому сітківка хребетних могла еволюціонувати як «перепланування» вже змішаного набору клітин і нейронних схем, а не як їхнє первинне об’єднання.
Додаткову підтримку глибоким еволюційним кореням цієї складної схеми дає дослідження 2024 року в журналі Nature Communications. Порівнюючи клітини сітківки міноги з клітинами мишей, курей і даніо-реріо, дослідники виявили, що багато типів клітин, які беруть участь в обробці зорової інформації, вже були присутні на ранніх етапах еволюції хребетних.
Як пов’язані зір і наш сон
Найдивовижніше в цій історії те, що давнє середнє око могло дати початок не лише нашим сітківкам, а й шишкоподібній системі — структурі глибоко в мозку, яка керує добовими ритмами.
У багатьох хребетних шишкоподібні органи здатні безпосередньо відчувати світло. У людини шишкоподібна залоза вже не «бачить» сама, але виробляє гормон мелатонін, допомагаючи синхронізувати внутрішній годинник організму з циклом день-ніч.
Якщо модель правильна, то наші здатність бачити світ двома очима й схильність засинати після настання темряви — це дві різні спадщини одного й того самого примітивного середнього ока, яке існувало сотні мільйонів років тому.
Наскільки це доведено
Жодних викопних решток «циклопа» віком 600 мільйонів років наука поки що не має. Запропонована історія — це еволюційна реконструкція, побудована на порівнянні живих видів, їхніх світлочутливих клітин, органів зору та нейронних мереж.
Модель не є остаточно підтвердженою історією еволюції, але вона узгоджується з низкою спостережень: будовою сітківки, відмінностями між очима хребетних і безхребетних, а також даними про шишкоподібні системи. Подальші дослідження мають показати, наскільки ця картина точна.
FAQ
Це вже доведений факт чи лише гіпотеза?
Йдеться про еволюційну модель, а не про беззаперечний факт. Вона спирається на порівняння сучасних видів і клітин, але не підтверджена викопними рештками. Тому це обґрунтована гіпотеза, яку ще потрібно перевіряти іншими методами.
Чому вчені не можуть просто знайти викопного «циклопа»?
Тварини, що жили 600 мільйонів років тому, зазвичай мали м’які тіла, які погано зберігаються у викопному стані. До того ж такі дрібні органи, як очі, майже не залишають слідів у скам’янілостях. Тому дослідникам доводиться відновлювати історію за непрямими ознаками в живих організмах.
Чим очі хребетних відрізняються від очей комах і кальмарів?
У хребетних сітківка виростає з мозку, а в комах і кальмарів очі формуються з поверхневих тканин голови. Це свідчить про різні еволюційні шляхи. Крім того, типи фоторецепторів і організація нейронних схем у цих груп теж відрізняються.
Як це знання може вплинути на майбутні дослідження зору?
Розуміння того, як різні типи клітин зібралися в одну систему, може допомогти краще моделювати роботу сітківки й мозку. Це важливо для фундаментальної науки про зір і потенційно для розробки нових підходів до вивчення зорових розладів, хоча безпосередніх медичних застосувань ця модель поки не дає.
Наші очі й наш сон можуть бути двома різними «голосами» одного давнього органа, який колись просто відчував світло в центрі голови примітивної істоти. Якщо ця картина еволюції вірна, то кожен раз, коли ми моргаємо або позіхаємо перед сном, ми несвідомо продовжуємо історію крихітного морського «циклопа», що жив на Землі сотні мільйонів років тому.
Людське око може походити від давнього «циклопа» предка з’явилася спочатку на Цікавості.
