Twoje oczy mają pół miliarda lat

Spójrz sobie w oczy – mają przynajmniej pół miliarda lat i na dobrą sprawę są starsze od mózgu… Choć są jednym z naszych najbardziej niezwykłych i cennych organów, ich pochodzenie i początki były owiane tajemnicą. Do rozwikłania zagadki dołożył się profesor Trevor Lamb z The Vision Centre na Australian National University, który poświęcił ponad 30 lat na badanie ich sekretów. Opublikował właśnie obszerny artykuł
przeglądowy dotyczący ewolucji oczu i wzroku kręgowców. Podsumował odkrycia setek naukowców z całego świata.  

Na wiele ważnych pytań dotyczących organu wciąż nie ma prostej odpowiedzi, ponieważ pojawił się bardzo dawno. Jak się rozwinął się wzrok? Dlaczego jest tyle różnych wzorów budowy oka, na przykład tych owadów, skorupiaków, czy wreszcie takiego kręgowca jak my. Jakie rodzaje zwierząt potrzebowały tak rozwiniętej „maszynerii” i jak jej używały. Jak głęboko w czasie sięgają korzenie widzenia.

Najdalsze początki „widzenia” sięgają dalej jak 700 milionów lat, do czasów kiedy Ziemia była zamieszkała głównie przez jednokomórkowe ambebopodobne zwierzęta, algi, korale i bakterie. W tym czasie pojawiły się pierwsze światłoczułe białka, zwane opsynami. Wykorzystywane były na dość prymitywny sposób przez organizmy do odróżnia dnia od nocy.

Starożytne komórki posiadały już molekularne kaskady sygnalizacyjne, które pozwalały im wyczuwać związki chemiczne w swoim otoczeniu. Wykształcenie się opsyn pozwoliło rozwinąć zmysł światła. Oczywiście zwierzęta te były tak małe, że nie posiadały systemu nerwowego do przetwarzania sygnałów z ich sensorów świetlnych. Mechanizm działania w komórce był analogiczny do detektorów chemicznych. 

 A - filogeneza opsyn; B-hipotetyczna duplikacja poprzedników opsyn i ich prekursorów, i sugerowany związek z typem membrany (Lamb 2013)

Wciągu następnych 200 milionów lat te proste światłoczułe komórki wraz z opsynami powoli stawały się coraz lepsze w detekcji światła – stały się bardziej wrażliwe, szybsze i niezawodne. Około 500 milionów lat temu przypominały już słupki (czopki), jakie mamy obecnie w oczach.

Pierwsze oczy z prawdziwego zdarzenia, składające się ze skupisk komórek światłoczułych zaczynają się pojawiać w Kambrze, 500 milionów lat temu i stanowią ogromy skok w ewolucyjnym wyścigu zbrojeń. Dały wyraźną przewagę stworzeniom je posiadającym.

Na przykład Anomalocaris, metrowy drapieżnik przypominający gigantycznego skorpiona miał centymetrowe kuliste oczy do nawigacji w starożytnym oceanie i poszukiwania ofiary. Bestia swoich czasów była wyposażona w „owadzi” model oczu, z których każde miało przynajmniej 16.000 faset z komórkami wzrokowymi.

Taki organ generował lawinę informacji płynącą przez system nerwowy. To wszystko musiało być przetworzone, więc obserwujemy jednocześnie gwałtowny rozwój centralnego układu nerwowego zdolnego do przyjęcia tylu informacji o środowisku dostarczanych z oczu i innych organów sensorycznych zwierzęcia. To pierwsza sytuacja, kiedy organizm jest zdolny zobaczyć złożony krajobraz, który zamieszkuje.

 Anomalocaris - "krewetko-rekin" z koszmarów

Typ oczu jakie sami posiadamy – kulka upakowana milionami fotoreceptorów także zaczęła się wyłaniać pomiędzy 500-600 milionów lat temu. Był to kluczowy moment dla naszego organu wzroku. Młodociane formy osłonic posiały proste oczka (ocelli), będące na dobrą sprawę pakietem fotoreceptorów. Dorosłe formy tracą je, gdyż prowadzą osiadły tryb życia. Ten typ pojawił się przynajmniej 600 milionów lat temu.

Śluzice posiadają pas przeźroczystej skóry na bokach głowy, tam gdzie spodziewamy się zobaczyć oczy. Narząd składa się z komórek światłoczułych i prostego nerwu wzrokowego – bez mięśni, soczewek czy tęczówki. Nie zmieniło się to czasów przodków śluzic, czyli ponad pół miliarda lat. Oczy wydaja się mieć początki w czymś większym.

Minogi także pojawiły się w tym okresie, ale posiadły oczy przypominające aparat, podobne do naszych. Wydają się być bezpośrednimi poprzednikami oczu kręgowców, które są odziedziczone od pływających poprzedników. Pomimo, że komórki sensoryczne i system sygnałowy był bardziej zbliżony do owadów niż kręgowców, oczy minogów szybko wyewoluowały z „owadziego” modelu wielofasetowego.  

Parzyste oczy pojawiają się też u Cristozoa, znajdowanych obecnie w Chinach i pochodzących także sprzed 600-500 milionów lat. Były to bezczaszkowce z grzebieniem nerwowym, a z uwagi na cechy anatomiczne i czas występowania są uważane na blisko spokrewnione z przodkiem wszystkich kręgowców (Holland, Chen 2001).

Prócz parzystych oczu Cristozoa posiadały też nozdrza, duży i dobrze zróżnicowany mózg. Widzenie przestrzenne zapewniało ogromną przewagę. Proces ich powstawania był powolny: przez niezliczone drobne udoskonalenia i modyfikacje przejście z prostych oczek do stylu kamery zajęło około 100 milionów lat.

 Początki kręgowców, R2 - przełomowy moment dwóch rund duplikacji genomu (Chen 2012, Lamb i wsp. 2013)

Obszerny, 68-stronicowy artykuł dostępny jest dla wszystkich pod adresem: www.sciencedirect.com


Podobało się? Polub nas na >> FACEBOOK <<

red. Seweryn Frasiński

źródła:

vision.edu.au

Evolution of phototransduction, vertebrate photoreceptors and retina. dx.doi.org/10.1016/j.preteyeres.2013.06.001