Ludzkie oczy mogły powstać w wyniku zaskakującego ewolucyjnego objazdu. Autorzy publikacji w „Current Biology” proponują, że przodkowie kręgowców najpierw utracili dawne oczy boczne, a później z pośrodkowego narządu światłoczułego rozwinęli nową parę oczu. Proces miał rozpocząć się około 560 mln lat temu.
Jedno oko zamiast pary
Popularne określenie „jednooki cyklop” działa na wyobraźnię, ale nie należy rozumieć go dosłownie. Naukowcy nie odnaleźli skamieniałości zwierzęcia z jednym okiem. Przedstawili hipotezę ewolucyjną zbudowaną na porównaniu budowy, położenia i pochodzenia komórek światłoczułych u różnych grup zwierząt.
George Kafetzis, Michael J. Bok, Tom Baden i Dan-Eric Nilsson opisali swój model w recenzowanej pracy opublikowanej w „Current Biology”. Autorzy próbują w niej wyjaśnić, dlaczego siatkówka kręgowców – w tym człowieka – tak mocno różni się od narządów wzroku owadów, mięczaków i wielu innych bezkręgowców.
Według proponowanego scenariusza wspólny przodek zwierząt dwubocznie symetrycznych miał dwa rodzaje struktur reagujących na światło. Po bokach głowy znajdowały się parzyste oczy lub prostsze oczka, przydatne podczas poruszania się. W pobliżu linii środkowej ciała występowały natomiast komórki pozwalające między innymi rozpoznawać kierunek światła oraz cykl dnia i nocy.
Życie w norze mogło zmienić kierunek ewolucji
Około 560 mln lat temu przodek wtóroustych – grupy, do której należą także kręgowce – miał przejść na mniej aktywny tryb życia. Prawdopodobnie zakopywał się w dnie i zdobywał pokarm przez filtrowanie wody. Sprawne oczy boczne przestały być wtedy tak potrzebne, dlatego mogły stopniowo zaniknąć.
Przetrwały jednak położone pośrodku komórki światłoczułe. Nadal pomagały organizmowi ustalać, gdzie znajduje się góra, oraz reagować na zmiany oświetlenia. Autorzy publikacji przypuszczają, że z czasem utworzyły one złożony pośrodkowy narząd wzrokowy – popularnie porównywany właśnie do pojedynczego oka.
Kolejna zmiana trybu życia miała odwrócić wcześniejszy trend. Kiedy przodkowie kręgowców zaczęli aktywnie pływać, orientacja w przestrzeni i wykrywanie innych organizmów ponownie stały się ważne. Fragmenty pośrodkowego narządu światłoczułego mogły utworzyć dwa boczne kubki oczne, które następnie przesunęły się na boki głowy.
Siatkówka powstała z wcześniejszych elementów
Model pomaga wyjaśnić nietypową budowę siatkówki kręgowców. Łączy ona elementy wywodzące się z dwóch dawnych linii komórek światłoczułych: rzęskowych i rabdomerycznych. Pierwsza z nich dała początek między innymi współczesnym pręcikom i czopkom. Z drugą autorzy wiążą pochodzenie części komórek przetwarzających i przekazujących sygnał w siatkówce.
Nie oznacza to, że kompletne współczesne oko istniało już ponad pół miliarda lat temu. Hipoteza zakłada raczej, że ewolucja wykorzystała istniejące komórki oraz połączenia nerwowe, zmieniając ich funkcje i układ. Później rozwinęły się soczewki skupiające światło, dokładniejsze widzenie obiektów oraz bardziej rozbudowane obwody odpowiedzialne za analizowanie obrazu.
Takie pochodzenie tłumaczyłoby również ścisły związek oka z mózgiem. Siatkówka kręgowców rozwija się jako część ośrodkowego układu nerwowego, a nie jako niezależna struktura powstająca na powierzchni ciała.
Ślad dawnego oka pozostał w mózgu
Według autorów pośrodkowy narząd światłoczuły nie został całkowicie zastąpiony przez oczy boczne. Część jego struktur miała dać początek zespołowi szyszynkowemu, obejmującemu szyszynkę i powiązane narządy występujące u różnych kręgowców.
U wielu gatunków struktury te nadal reagują bezpośrednio na światło. U ssaków szyszynka znajduje się głębiej w mózgu i nie pełni funkcji oka, ale uczestniczy w regulacji rytmu dobowego przez wydzielanie melatoniny. Informację o oświetleniu otrzymuje pośrednio z siatkówki.
Publikacja nie zamyka dyskusji o pochodzeniu oczu kręgowców. Jest artykułem przeglądowym i modelem łączącym wyniki wielu wcześniejszych badań, a nie bezpośrednim zapisem pojedynczego eksperymentu. Autorzy sami posługują się sformułowaniami wskazującymi, że przedstawiają prawdopodobny scenariusz. Jego wartość polega na tym, że w jednym modelu tłumaczy zarówno nietypową budowę siatkówki, jak i podobieństwa między oczami bocznymi a szyszynką.
