Oto jak powstały oczy u ludzi i innych kręgowców. To opowieść o cyklopie sprzed 600 mln lat

Oczy określane są „zwierciadłami duszy” i kluczowym narządami naszego ciała, które pozwalają na postrzeganie świata. Ich budowa jest niezwykle złożona. Dlatego do dzisiaj trwają dyskusje, kiedy i dlaczego powstały w toku ewolucji.

Naukowcy z Uniwersytetu w Lund i Uniwersytetu w Sussex w najnowszym badaniu postanowili zrozumieć jak powstały oczy u kręgowców i wyjaśnić, dlaczego budowa ich siatkówki oraz sposób jej rozwoju różnią się tak drastycznie od oczu innych zwierząt. Wnioski opublikowali w „Current Biology”. – Wyniki są zaskakujące. Wywracają do góry nogami nasze rozumienie ewolucji oka i mózgu – mówi Dan-E. Nilsson, emerytowany profesor biologii sensorycznej na Uniwersytecie w Lund i jeden z autorów publikacji.

Pochodzimy od cyklopów, ale malutkich

Co udało się ustalić? Współczesne oczy kręgowców wyewoluowały z jednego, środkowego oka (tzw. oka medianalnego), a nie z oczu bocznych naszych najdawniejszych przodków, jak wcześniej uważano. Pradawny, robakowaty organizm, żyjący 600 milionów lat temu, utracił parzyste oczy boczne z powodu osiadłego trybu życia, zachowując jedynie centralny „czujnik” światła na szczycie głowy.

Kiedy nasi przodkowie ponownie zaczęli aktywnie pływać, to właśnie fragmenty tego „oka cyklopa” przesunęły się na boki. To wyjaśnia, dlaczego siatkówka kręgowców rozwija się bezpośrednio z mózgu, podczas gdy u owadów czy kałamarnic powstaje ona ze skóry.

„Wędrujące” oczy. Ich losy nie są proste

Coraz spokojniejszy tryb życia sprawił, że robakopodobne stworzenie nie potrzebowało już par oczu, dlatego utraciły tę funkcję w toku ewolucji. Zwierzę zachowało jednak grupę komórek światłoczułych pośrodku głowy. Komórki te rozwinęły się w małe, prymitywne oko środkowe, które mogło rozpoznawać dzień i noc oraz wyczuwać, co jest w górze, a co w dole.

W ciągu kolejnych milionów lat nasz odległy przodek ponownie zaczął prowadzić aktywny, pływacki tryb życia, co zwiększyło zapotrzebowanie na parę oczu. Z części małego oka środkowego rozwinęły się nowe, parzyste oczy.

Szyszynka to pozostałość po praoku

Naukowcy ustalili też, że szyszynka w naszych mózgach jest bezpośrednią pamiątką po pradawnym oku środkowym i jest podobna do… siatkówki – zawiera komórki niemal identyczne z pręcikami i czopkami, a także komórki glejowe typowe dla oka. Zdolność szyszynki do regulowania snu poprzez produkcję melatoniny jest bezpośrednim spadkiem po naszym przodku, „cyklopie”.

– Teraz w końcu rozumiemy, dlaczego oczy kręgowców różnią się tak radykalnie od oczu wszystkich innych grup zwierząt, takich jak owady i kałamarnice. Błona naszych oczu – siatkówka – rozwinęła się z mózgu, podczas gdy oczy owadów i kałamarnic mają swój początek w skórze po bokach głowy – mówi Dan-E. Nilsson.

Metody badań – sporo narzędzi

Najnowsze wyniki były możliwe dzięki zastosowaniu szeregu metod badawczych. Były to:

• Analiza genetyczna. Porównano „odciski palców” genów w poszczególnych komórkach siatkówki i szyszynki u różnych gatunków, co wykazało, że oba narządy mają niemal identyczny skład cząsteczkowy.
• Badania anatomiczne i fizjologiczne. Za pomocą mikroskopii elektronowej i pomiarów aktywności elektrycznej odkryto, że specyficzne obwody neuronowe (np. komórki dwubiegunowe) w naszych oczach działają na podobnych zasadach, jak oko środkowe.
• Zapis kopalny. Prześledzono ewolucyjny rozwój oczu bezpośrednio z mózgu oraz przeanalizowano skamieniałości wczesnych strunowców.

Źródło: Current Biology

Nasz autor

Szymon Zdziebłowski

Dziennikarz naukowy i podróżniczy, z wykształcenia archeolog śródziemnomorski. Przez wiele lat był związany z Serwisem Nauka w Polsce PAP. Opublikował m.in. dwa przewodniki turystyczne po Egipcie, a ostatnio – popularnonaukową książkę „Wielka Piramida. Tajemnice cudu starożytności” o największej egipskiej piramidzie. Miłośnik niewielkich, lokalnych muzeów. Uwielbia długie trasy rowerowe, szczególnie te prowadzące wzdłuż rzek. Lubi poznawać nieznane zakamarki Niemiec, zarówno na dwóch kółkach, jak i w czasie górskiego trekkingu.