Este ușor să ne considerăm ochii ca fiind ceva de la sine înțeles. Dar cercetările recente arată că aceștia au parcurs o călătorie evolutivă extraordinară pentru a ajunge la forma lor familiară de astăzi.
Se știe de mult timp că ochii noștri (ai vertebratelor) diferă fundamental de cei ai rudelor noastre îndepărtate (nevertebrate), atât prin compoziția celulară, cât și prin modul în care se dezvoltă înainte de naștere. Totuși, răspunsurile la întrebarea de ce sau cum au apărut inițial aceste diferențe au rămas multă vreme neclare.
Studiul nostru sugerează că ochii noștri descind dintr-un strămoș asemănător unui vierme, care cutreiera oceanele acum 600 de milioane de ani. Același lucru este valabil pentru toate animalele bilaterale, adică acele animale ale căror corpuri pot fi împărțite în două jumătăți aproximativ simetrice, stânga și dreapta.
Ca parte a studiului, am analizat 36 de grupuri majore de animale existente (acoperind aproape toate animalele bilaterale) pentru a vedea unde sunt localizați ochii și celulele sensibile la lumină și ce roluri îndeplinesc.
A apărut un tipar. Am descoperit că ochii și celulele sensibile la lumină sunt localizați în mod constant în două poziții distincte: în perechi, de o parte și de alta a feței, și pe linia mediană a capului, deasupra creierului. La animalele studiate, celulele aflate în pozițiile pereche sunt folosite pentru orientarea mișcărilor, în timp ce omoloagele lor de pe linia mediană disting ziua de noapte și susul de jos.
Am concluzionat că un strămoș străvechi, asemănător unui vierme, al tuturor vertebratelor a pierdut perechea de ochi „de orientare” atunci când a adoptat un stil de viață în mare parte staționar, în urmă cu 600 de milioane de ani, îngropându-se în fundul mării. Devenind un organism filtrator, fără nevoie de deplasare, tipul de ochi pereche, costisitor energetic, a devenit inutil și prea scump de întreținut.
Totuși, această schimbare de stil de viață nu a afectat celulele sensibile la lumină din mijlocul capului, deoarece animalul avea în continuare nevoie să perceapă momentul zilei și să distingă între sus și jos. Deși ochii pereche dispăruseră, celulele sensibile la lumină de pe linia mediană s-au dezvoltat într-un mic ochi median.
Este posibil ca, în doar câteva milioane de ani, acest animal să-și fi schimbat din nou stilul de viață. Revenirea la înot a reintrodus necesitatea controlului direcției și a evaluării mișcării propriului corp pentru o filtrare eficientă a hranei (separarea particulelor din apă) și pentru evitarea prădătorilor.
Acest lucru a împins evoluția să dezvolte ochiul median, formând mici cupe oculare de fiecare parte. Aceste cupe oculare s-au separat ulterior de ochiul median, s-au deplasat spre părțile laterale ale capului și au format noi ochi pereche: ochii noștri.
Pierderea și recâștigarea vederii au avut loc între 600 și 540 de milioane de ani în urmă. Componente ale ochiului median au rămas și au devenit organul pineal din creier, care produce și eliberează hormonul somnului, melatonina.
La multe vertebrate, organul pineal primește lumină printr-o regiune transparentă (nepigmentată) din mijlocul capului. Însă, în linia evolutivă a mamiferelor, organul pineal și-a pierdut capacitatea de a detecta lumina – probabil pentru că mamiferele timpurii erau active noaptea și se ascundeau ziua. Astfel, ochii, mai sensibili, au preluat detectarea luminii care reglează eliberarea melatoninei și somnul.
Ochii de toate formele și dimensiunile
Animalele care nu au pierdut celulele sensibile la lumină pereche ale strămoșului asemănător unui vierme reprezintă majoritatea nevertebratelor de astăzi, deoarece provin dintr-o ramură a arborelui evolutiv care nu a adoptat niciodată un stil de viață static. Acestea includ crustaceele, insectele, păianjenii, caracatițele, melcii și multe grupuri de viermi. Aceste animale păstrează versiuni moderne ale seturilor originale de celule sensibile la lumină.
Ochii pereche ai insectelor și crustaceelor sunt ochi compuși, alcătuiți dintr-o rețea de lentile mici și dens dispuse. În locul ochilor compuși, caracatițele și melcii au ochi de tip „cameră”, cu o singură lentilă.
De fapt, caracatițele și melcii au evoluat independent către același tip de ochi și performanță vizuală ca și vertebratele. Totuși, retina noastră – stratul sensibil la lumină din partea posterioară a ochilor – are peste 100 de tipuri de neuroni (șoarecii au chiar mai mulți – 140), comparativ cu doar câteva tipuri la caracatițe și melci. Acest lucru o face aproape la fel de complexă ca și cortexul cerebral – partea externă și cea mai mare a creierului nostru.
Oamenii de știință au considerat că, în evoluția ochilor noștri, această complexitate a apărut relativ târziu. Similaritățile dintre celulele sensibile la lumină din creier și cele din ochii pereche au susținut ipoteze mai vechi despre existența, la începutul evoluției, a unui ochi simplu, asemănător organului pineal. În lucrarea noastră, însă, susținem că o mare parte din această complexitate este anterioară retinei.
Prin urmare, este probabil ca ea să fi fost deja prezentă în ochiul ancestral de tip „ciclop”. Acest lucru are implicații largi pentru originea și organizarea circuitelor neuronale din retina și din creierul nostru.
Pentru noi, vertebratele, evoluția ochilor și a creierului este strâns legată. Apariția noilor ochi pereche reprezintă o parte fundamentală a acestui proces, deoarece ochii au permis comportamente complexe care necesită cogniție și creiere mari. Fără ochi, nu am fi doar oameni fără vedere; nu am exista deloc, nici noi și nici celelalte vertebrate.
Traducere după Our modern vision evolved from an ancient one‑eyed worm creature de George Kafetzis, Research Fellow in Neuroscience, University of Sussex și Dan Nilsson, Professor emeritus of Zoology, Lund University.
