Произход и еволюция на окото

Резюме

Тази статия има за цел да опише как се развива човешкото око в продължение на стотици и милиони години. Структурите на окото са толкова сложни и прецизни, че е трудно да се допусне то да се разглежда като еволюционен продукт. Това предположение се определя като абсурдно. Въпреки това, има достатъчно аргументи, потвърждаващи еволюционният произход на очите, което ни позволява да разглеждаме човешкото око като сложен еволюционен феномен, видоизменял се и усъвършенствал се в течение на милиони години.
В този преглед ние ще обсъждаме някой аспекти, свързани с еволюцията на очите и фоторецепторите в различните форми на живот – от едноклетъчните до гръбначните животни и човека, в рамките на научни изследвания, базирани на данни в областта на антропологията, биологията и морфологията – маркери за идентификация спецификация, сила на фоточувствителност при различните видове организми.

Ключови думи: еволюция, око, фоторецептори, произход.

 

Abstract

This article aims to describe how the human eye has evolved over hundreds and millions of years. The structures of the eye are so complex and precise that it is difficult to allow it to be considered an evolutionary product. This assumption is defined as absurd. However, there are enough arguments to confirm the evolutionary origin of the eye, which allows us to consider the human eye as a complex evolutionary phenomenon that has evolved and improved over millions of years.
In this review, we will discuss some aspects related to the evolution of eyes and photoreceptors in different life forms – from unicellular to vertebrates and humans, in research based on data from anthropology, biology and morphology – markers for identification specification, strength of photosensitivity in different species of organisms.

Keywords: evolution, eye, photoreceptors, origin.

 

1. Хипотеза за първата поява на зрителната способност.

Съществува допускането, че произходът и еволюцията на човешкото око започва още с възникването на Вселената преди 4 милиарда години. Предполага се че светът е бил тъмен, но не поради липса на светлина. По-скоро обитателите на света са били слепи. Окото, което познаваме днес, води началото си от милиарди години. То започва своето развитие още от големия взрив – началният живот на Вселената, когато Земята се покрива от вода. Тогава се появяват и първите Едноклетъчни организми. Първата способност, която тези организми са имали, е да различават светлината от сянката без сложни форми или изображения. Други са се адаптирали по различни начини.

Еволюцията на окото произхожда от светлочувствително място, съставено от фоторецептори. Тези рецептори са способни да трансформират оптичната енергия на падащата върху тях светлина в електрическа енергия. Този процес е известен като трансдукция. В природата съществува род едноклетъчни водорасли наречени удвена, Които имат този механизъм да се насочват към храната си. Това е примитивно око, но се счита като първа стъпка в историята на човешкото око.

Следващата стъпка в еволюцията може да се наблюдава при плоски червеи чието око не е плоско като петно, а е с форма на чаша. Прешленестите червеи имат по-сложен орган на зрението, състоящ се от група светлочувствителни към светлина епидермални клетки свързани с нервните влакна. Това подпомага възприятието, въпреки, че те също различават само светлината от сенките. Тези развиващи се органи се наричат „органели“ или очни петна. Тези, които са са се развили с тази способност са оцелели и са успели да предадат своите ДНК на нови организми.

Този тип око им позволява безпогрешно да разпознават посоката, от която идва светлината. По този начин те могат да бъдат по-добре информирани, и в крайна сметка да могат да намерят подслон на сянка, за да се предпазят от хишници.

За следващият етап са били необходими стотици години еволюция, тъй като т.нар. Стъкловидно тяло е набирало дълбочина, и в същото време светлината се е затваряла, пораждайки ефекта на щипка, при който се постига по-добра разделителна способност и по-добър фокус.

За окончателна стъпка при развитието на окото се счита появата на лещата- тънък слой, покриващ отвора, т.е. зеницата, вероятно за предотвратяване на инфекции.

В последствие очната ябълка постепенно се напълва с течност, за да запази формата си, което от своя страна подобрява чувствителността към светлина и концентрацията на светлина в една точка в ретината. В течение на времето механизмите се усъвършенстват. Фокусиране на близо и далеч, благодарение на гъвкава леща, контрол на количеството светлина, което навлиза в зеницата, твърда форма на очната ябълка, която помага да се поддържа структурата на окото, и слъзните жлези, които генерират слуз, която смазва и защитава окото.

Успоредно с това, развитието на мозъка позволява да се обработват по-добре изображенията, достигнали до ретината. Всичко това заедно довежда до очите, които имаме днес. (Fernando José Macouzet Romero, 2015)

2. Разнообразие от очи в животинското царство.

Както бе посочено по-горе, ние не сме единствените същества с тези способности. При животинското царство, има голямо разнообразие от очи, всеки със своите специфични адаптации.

Тук ще разгледаме няколко любопитни примера.

Четириоката Риба – има очи разделени на две части, едната обърната нагоре, а другата – надолу. Това й позволява да забелязва както своите хищници, така и плячката си над или под водата. Поради своите специфични очи, котките са в състояние да да ловуват на тъмно или при много слаба светлина. Това се случва благодарение на отразяващият слой на очната ябълка. Този слой увеличава количеството светлина, което очите откриват и им осигурява завидна способност за нощно виждане.

Огромно е разнообразието на очи в животинския свят. Някой различават само светлината от тъмнината, други възприемат всички цветове на дъгата, включително тази, която е невидима за нас. Някой не могат дори да различават посоката на светлината, докато други са способни да засекат плячка на километри разстояние. Логично е да допуснем, че очите при животните, служат за същото като при хората, но това заключение очевидно е твърде повърхностно. Интересно е заключението на Нилсон във връзка с наблюдението му на една кубомедуза. Кубомедузата има 24 очи, тъмнокафяви на цвят и са групирани в четири грозда, наречени ропалиуми. Четири от шестте очи във всеки ропалиум са просто отворени ямки, засичащи светлината, но останалите притежават фокусиращи светлината лещи, и могат да виждат образи, макар и с ниска разделителна способност. От каква информация би могло да се нуждае това същество сред най-просто устроените животни – една желеподобна топка с четири снопа пипала, влачещи се след нея? От 2007 Нилсон (Ед Йонг, 2016, с1) и неговият екип демонстрираха, че че кубомедузата използва по-ниско разположените си очи с лещи, за да забелязва наближаващи препятствия. Разположените по-горе очи винаги гледат нагоре, дори медузата да плува наобратно. Ако това око забележи тъмни зони, медузата усеща, че плува дълбоко под корените на манговите дървета, където може да открие своята плячка. Ако вижда само ярка светлина, значи се е отклонила към открито море, и рискува да не намери храна. С помощта на очите тя може да открива храна, да избягва препятствия и да оцелява.

При човека, мухите и калмарите, очите са поставени по двойки върху главите на притежателите им. Но мидите пектени имат по цели редици очи върху дължината на мантията си, очите на морските звезди са разположени по върха на пипалата им, а пурпурния морски таралеж използва цялото си тяло, чиято функция е подобна на едно голямо око. Има очи с бифокални лещи, очи като огледала и очи които гледат едновременно нагоре, надолу и встрани.

За да се разбере как са еволюирали очите не е достатъчно само да се изследват техните структури, а е нужно преди всичко да се разбере как животните използват очите си.

Фосилната история не ни казва нищо затова как слепите животни са развили способност да виждат света. Тази загадка е смущавала дори Чарлз Дарвин (Ед Йонг, 2016, с1). В своята книга „Произход на видовете“ той пише: „Предположението че окото с неговите изкусни приспособления е могло да възникне посредством естествения подбор, изглежда, признавам открито е абсурдно в най висша степен.“ Но малко след това продължава – „И все пак разумът ми подсказва, че ако може да се докаже съществуването на безброй градации от едно съвършено и сложно око до такова, което е несъвършено и просто, като всяка градация е била нужна на собственика си, тогава трудността да повярваме, че едно съвършено и сложно око може да се оформи чрез естествен отбор, макар и невероятна за въображението ни, едва ли следва да се приеме за реална“.

Тази стойност на градациите, за която Дарвин (Ед Йонг, 2016, с1) говори на практика може да се докаже. Съществуващите днес животни илюстрират всяка възможна степен между примитивните, чувствителни към светлина петна на земния червей и острото подобно на камера зрение на орлите.

Интересен е експериментът на Нилсон (Ед Йонг, 2016, с1), който доказва, че примитивното зрение като това на червеите, може да еволюира до десетки хиляди в по-сложното специализирано око, и то за кратко време. Нилсон създава симулация, която започва с малко плоско петно пигментирани фоточувствителни клетки. Всяко следващо поколение, променящо се през година, това петно става малко по-дебело. Започва бавно да се извива от плоско към чашковидно.. Придобива груба леща, която с течение на времето се усъвършенства. Дори в най-песимистичните условия, когато окото се усъвършенства само с 0,005% при всяко поколение, ще отнеме едва 365 000 години едно просто петно да се превърне в напълно функциониращ орган, подобен на фотоапарат. Простите очи не трябва да се разглеждат само като стъпала. Тези, които съществуват днес, са приспособени към индивидуалните нужди на съществата, които ги използват.

Например очите на морската звезда на върха на всяко едно от пипалата й, не могат да виждат цветове, движещи се предмети или фини детайли, но все пак морската звезда не се опитва да забележи или да сграбчи тичащо животно. На нея й е нужно само да различава кораловите шарки, за да се прибере безпроблемно у дома. Нейните очи й позволяват да свърши това. Тя няма нужда да развива по-сложни.

Очите не са еволюирали от недоразвити в перфектни – казва Нилсон (Ед Йонг, 2016, с1). Те са еволюирали от чудесно изпълняващи няколко прости задачи, към изпълняващи множество сложни задачи, по перфектен начин. Тази концепция, Нилсон изгражда в модел, който проследява еволюцията на очите в четири етапа, като всеки от тях е дефиниран не от конкретни физически структури, а от нещата, които очите на животните им позволяват да правят.

Първият етап включва наблюдаване на интензитета на светлината, за да се прецени времето на деня или дълбочината, ако животното се намира във водна среда. В този случай не е нужно сложно око, единствен фоторецептор е достатъчен за тази цел.

Вторият етап включва определянето на посоката на светлината, тъй като фоторецепторите на животните се сдобиват с щит, обикновено тъмен пигмент, който блокира светлината, идваща от определени посоки. Такъв рецептор предоставя на притежателя се сетиво, достатъчно, за да се придвижи към източник на светлина или да отплува далеч от него в някое сенчесто място, където да потърси убежище.

За третият етап е характерно събирането на в групи фоторецепторите в щитове като всеки от тях сочи в малко по-различна посока. Сега вече е възможно обединяването на идващата от различни посоки информация за светлината и по този начин създаването на изображения за обкръжаващата среда. Това бележи момента, в който усещането за светлината вече се превръща в истинско зрение. През този етап сноповете от фоторецептори се превръщат в същински очи. Характерното за животните с очи в трети етап е, намирането на подходящ дом, какъвто е случаят морската звезда, или да избягва препятствия, както прави кубомедузата.

Четвъртият етап е този, в който еволюцията на очите бележи значителен напредък. Като се добавят лещи, които фокусират светлината, зрението става остро и детайлно.

По този начин еволюцията на животните неминуемо съпътства и еволюцията на техните очи. Вместо да бъде непреодолима пречка за теорията на естественият подбор, еволюцията на сложното око е една от най-впечатляващите му илюстрации.

Представеният от Нилсон (Ед Йонг, 2016, с1) модел обаче хвърля светлина върху един стар дебат, а именно – дали очите са еволюирали само веднъж или множество пъти? По този въпрос немският еволюционен биолог Ернст Майр (Ед Йонг, 2016, с1) заявява, че очите са еволюирали между 40 и 60 пъти независими типа произход, докато швейцарският биолог Валтер Геринг (Ед Йонг, 2016, с1) твърди, че очите са еволюирали само веднъж, след като открива, че един и същ управляващ ген, наречен пак 6 контролира развитието на очите при всяко същество притежаващо очи. Всъщност и двамата са прави, тъй като същинските очи от трети етап наистина са еволюирали от по-простите си предшественици от втори етап на няколко пъти. Например кубомедузата развива своите очи независимо от мекотелите,, гръбначните и членостоногите. Но от друга страна очите на всички тези организми са надграждали върху един и същ първи етап – този на светлочувствителните клетки. Това е известно, тъй като в строежа на всички зрителни органи присъстват едни и същи „градивни“ материали, най-вече протеините опсини молекулярната основа на всички очи. Опсините действат, обвивайки се около хроматофор – молекула, която може да абсорбира енергията на постъпващ фотон. От своя страна енергията бързо променя формата на хроматофора, като принуждава неговият партньор – опсина, също да се деформира. Тази трансформация задейства поредица от химични реакции, която в крайна сметка завършва с електрически сигнал. Има хиляди различни опсини, но всички те споделят един и същ предшественик. Предполага се, че еволюцията импровизира първите опсини от протеини, които функционирали повече като часовници, отколкото като фотосензори. До това предположение води наблюдението, че тези първоначални протеини се прилепвали към мелатонина – хормон, който контролира 24-часовите биологични часовници при много организми. Известно е, че мелатонинът се разрушава през нощта, затова неговото отсъствие може да сигнализира за първите утринни лъчи от светлината, но този акт е еднократен. Всяко същество, което усеща сутрешните първи лъчи чрез мелатонина, трябва непрекъснато да си го изработва. Докато хроматофорите, съчетани с опсини, просто променят формата си когато абсорбират светлина, и могат лесно да си я възвърнат. Затова когато свързаните мелатонин протеини мутират, се превръщат във фотосензори за многократна употреба. Именно тези протеини са първите „опсини“. Те са толкова ефективни, че се запазват с течение на милиарди години. Това обаче, не може да се каже и за други компоненти на окото като например лещите. Почти всички са съставени от протеини, наречени кристалини, които подобряват зрението на притежателя си, фокусирайки светлината върху намиращите се под тях фоторецептори. Но за разлика от опсините, общото между тях е само името.

Различните животински видове са разработили свой собствен тип кристалини. Те си приличат по това, че всички са стабилни, прикрепени един към друг образувайки плътна маса, способни да пречупват светлината.

Най-странните лещи в природата изобщо нямат кристалини. Те принадлежат на панцерните мекотели. Това са група морски животни, подобни на овали, защитени от плочи. Тези плочи са покрити със стотици очи от трети етап, всяко със своя собствена леща.

Тази леща е съставена от минерал, наречен орагонит който панцерните мекотели, произвеждат от калция и карбонатните молекули, намиращи се в морската вода. Това същество е направило зрението си по-остро, гледайки през камъка. В случай че каменните лещи ерозират, панцерните си изработват нови. Очевидно опсините, лещите и всички останали компоненти на окото еволюират чрез всички предоставени им от природата налични материали, като непрестанно променят своите функции чрез вече съществуващата материя и съчетаване на прости структури заедно с по-сложни.

3. Еволюция на окото според Дарвин.

През ноември 1859 г. започва нова ера в биологията, когато Чарлз Дарвин публикува книгата За произхода на видовете чрез естественият подбор. Той съсредоточава вниманието си върху голямото многообразие организми, които обитават планетата, техният произход и връзки приликите и разликите между географското разпространение и и адаптирането към околната среда.

Дарвин разработва две основни идеи, които всъщност са неговият основен принос.

1. Еволюцията обяснява единството и многообразието на живота

2. Естественият подбор е причината за адаптивната еволюция.

От тези идеи следва, че

– Голямото разнообразие от видове, които обитават Земята, са потомци от предци, различни от настоящите видове.

– Механизмът от който се генерират нови видове е именно естественият подбор.

От тук можем да заключим, че популацията се променя през поколение, ако индивидите, които притежават наследствени признаци, по-благоприятни за околната среда, дават повече предимства от тези, които не притежават. Резултатът е еволюционна адаптация. По този начин всички организми се оказват свързани чрез общ прародител, живял в далечното минало. Докато потомците се разпръскват в различни в местообитания, в продължение на милиони години те натрупват модификации и еволюционни адаптации, които им дават нови форми на живот. В днешно време еволюцията се определя като модификация във времето на генетичният състав на популацията. Появата на нови видове е основният източник на биологично разнообразие. Смята се че това се е случило предимно по време на Камбрийската експлозия в Палеозоя преди около 439 мил. години.

Неговата теория обяснява как живите организми постепенно са се променяли под влияние на условията в околната среда, и с течение на времето посредством модификация са се формирали нови органи и системи с цел адаптация.

Например, развитието на организми, които могат да различават светлината от сянката се дължи на грешка при копиране на тяхното ДНК. Тази грешка при копиране дава в организмите допълнителен протеин, и те започват да различават светлината от тъмнината. Светлината е била много агресивна за обитателите на планетата, агресивна до такава степен, че организми които не могат да различат светлината от тъмнината са умирали, докато други са бягали. Тези, които избягвали светлината са се размножавали и по този начин са предавали гените си на последващите поколения.

Счита се, че човешкото око води началото си от рибите. Организмите еволюират, образувайки допълнителни органи като перки, люспи, хриле. Най примитивните риби са можели да видят на не повече една ръка разстояние. Организми, които са притежавали най-доброто око, са имали и най-голям шанс за оцеляване. Така постепенно се разработва лещата, която спомага виждането с много по-голяма разделителна способност под водата. Затова се предполага, че произходът и еволюцията на окото идва от рибите. Интересно е обаче, защо ние хората не можем да виждаме във водна среда. Рибите имат покритие, което им позволява да противодействат на пречупването на светлината във водата и когато първото земноводно излиза на сушата, то не вижда много добре.

Новият организъм обитаващ сушата, постепенно се адаптира, и елиминира очните функции, от които не се нуждае като например да вижда под водата. От земноводните се е развил първият бозайник, след това първият примат, и накрая първият пещерен човек. За тази цел очната ябълка се напълва с течност, и запазва формата си подобрявайки чувствителността и концентрацията на светлина върху ретината.

Идеята, че орган като окото може постепенно да се развие от прости структури макар да изглежда абсурдна, е доказуема. Дарвиновата концепция за спускане в постепенна модификация може да се използва за обяснение на най-забележителните морфологични трансформации. Сложните структури биха могли да се развият от много по-опростени версии. Тук идва логичният въпрос – Как е е възможно да се развие човешкото око чрез постепенни стъпки. Ако окото изисква всички негови компоненти да функционират нормално, тогава как може да бъде полезно частичното око. Слабостта на този аргумент се крие, в мисълта, че само сложните очи са полезни. Убедителен аргумент срещу тази теза, е че много животни имат много по-малко сложни от нашите очи, като малките мекотели например, които имат само групи фоторецепторни клетки, които позволяват да различават светлината от тъмнината, за да се придържат по-силно към скалите, когато възприемат сянка върху тях. Тази поведенческа адаптация, определено намалява риска им да станат жертва на хищници. Като се има предвид дългата еволюционна история на тези мекотели, може да се каже че тези прости очи са достатъчно адекватни, за да осигурят тяхното оцеляване и размножаване. Голямо разнообразие от животни имат само прости очи, на които липсват кристални лещи, и други компоненти, които позволяват да се фокусира изображението, но въпреки това тези прости очи са способни да различават светлото от тъмното и да разпознават сенките. От 33 класа на животинското царство една трета нямат специализиран орган за откриване на светлина, друга трета има фоточувствителни клетки, а останалите имат очи. Само седем имат очи със способността да образуват изображения. Това са книдариите, мекотелите, анелиди, онихофорите, членостоногите, бодлокожите и хордовите (Mario Eduardo Guido, Pedro Panzetta, 2007). Последните включват гръбначни животни.

Окото при гръбначните добавя специализация на зрителните пигменти, диференцирайки рецепторите с ниска светимост и фоторецепторите, са способни да възприемат света – това са конусите с три различни вида пигменти. С течение на времето, окото усъвършенства фокуса си, благодарение на гъвкава леща, контролирайки количеството светлина и развива други функции, които ни позволяват да изпитваме чувството за зрение, такова каквото го познаваме днес.

4. Ролята на светлината при Еволюцията на фоторецепторите

Улавянето на светлината е универсално събитие при живите същества. По този начин те получават адекватна информация за заобикалящата ги среда, За промените в светлината и за контрастите, които се случват между деня и нощта. Освен това светлината представлява източник на енергия и живот На планетата. Поради тази причина организмите са разработили специфични протеини за откриване на светлина, известни като фотопигменти.

При животните възприемането на светлината е отключващото събитие за по-сложни процеси, които водят до зрение. Чрез фотопигментите те улавят светлината и я преобразуват вътре в клетката в химическа информация и електрически сигнали. При висшите животни, тези сигнали се предават чрез нервни импулси от ретината към мозъка. Опсините са светлочувствителни протеини при животните. Те се намират в мембраните на специализирани клетки, фоторецептори, които могат да бъдат изолирани или свързани образувайки повече или по-малко сложни структури, известни като очи.

Тези организми, които се адаптират към светлината имат допълнителна мутация, която им позволява да абсорбират светлина, за да се хранят чрез фотосинтеза. Затова организмите търсят светлина, растат и отново предават гените си, образувайки цикъл. Този процес е известен като инвагинация на в областта на фоторецептора т.е. мембраната се отстранява, за да се образува фоточувствителна чаша. По този начин става възможно да се увеличи многократно броят на клетките, позволявайки да се открие посоката на светлинните лъчи.

Така постепенно се набелязва пътят От едноклетъчен фоторецептор до многоклетъчно око.

При трипедланите медузи например, може да се наблюдава преходът от едноклетъчна органела към многоклетъчен орган. Ларвата на планулата съдържа едноклетъчни фоторецептори, разпръснати из епидермиса, докато възрастните медузи имат сложни многоклетъчни очи. В хода на еволюцията тези едноклетъчни фоторецептори са се дублирали и диференцирали в най-малко два различни типа клетки – фоторецепторни и пигментирали клетки, както се срещат при възрастните Медузи и в първообраза на първостепенното око на Дарвин. Произходът на фоторецепторите в метазоаните би могъл да произхожда от поне два възможни механизма

– Клетъчна диференциация както се наблюдава в ларвата на трипедалиите

– Модел на симбиза

Според модела на симбиоза чувствителността към светлина се появява за пръв път при цианобактериите, които в последствие са поети от червените водорасли. Като първите хлоропласти. По-късно червените водорасли са превзети от динофлагелати, като втори хлоропласти, а динофлагелатите са симбионти на книдарианците.

Като пример за тази ситуация може да се спомене очната органела на едноклетъчните динофлагелати Erythropsis, Warnovia (Mario Eduardo Guido, Pedro Panzetta, 2007).

Тъй като за първи път еволюцията е настъпила във вода, живите същества възприемат само ограничен диапазон от дължини на вълните. Докато ранните очи могат да предоставят информация за интензитета и посоката на светлината развитите очи предават сложна информация за дължините на вълните, контраста и поляризацията На светлината. Като се започне от прототипа на окото на Дарвин – примитивно око образувано само от фоточувствителни клетки, по време на еволюционният процес се генерират различни видове очи като например:

– примитивни очи като тези на планариите

– Огледални очи като тези на миди (ламелибранчести мекотели)

– Сложни очи като тези на насекомите

– Подобни на камера очи, като тези на бухалите.

5. Хипотеза за произхода на различните типове очи.

Историческата визия по този въпрос варира последователно започвайки един общ произход – монофилетичен или полифилетичен на различните видове очи. Първоначално се е смятало за един произход, тъй като във всички видове очи фототрансдукцията се извършва с помощта на някой от членовете на семействата на опсините. В последствие морфологичният и онтогенетичен произход предполагат че различните видове очи са еволюирали между 40 и 60 пъти. Например по време на ембрионалното развитие ретината на гръбначните животни идва от невронната ектодерма, която индуцира образуването на леща в апикалната част на епителният ектодерм. Докато ретината на главоногите е резултат от инвагинация латеро-апикалната ектодерма – произвоство на око без роговица или кристал. Последните генетични експерименти са в полза на монофилетичния произход. Уолтър Геринг (Mario Eduardo Guido, Pedro Panzetta, 2007) е допринесъл за важни прозрения за развитието на окото и и неговата еволюция при различни видове. Идеята за множествен произход е оспорена поради откриването на един единствен ген за развитие на окото – пак 6, като главен ген, който инициира изграждането на на окото при най-разнообразни видове. Това довежда до предположението за монофилетичен произход.

Мейр (Mario Eduardo Guido, Pedro Panzetta, 2007) призна през 2001 че неговата полифилетична хипотеза е погрешна.

6. Биологичната сложност на окото.

Огромната сложност на гръбначните очи е причината, креационистите да оспорват хипотезата, че тези органи са се образували чрез естествен подбор, както твърди теорията на Дарвин.

Но чрез сравняване на очните структури по време на ембрионално развитие на окото при гръбначните видове са направени важни открития.

Констатациите показват, че нашето подобно на камера око има дълбоки корени, и че преди да добие елементите, необходими за функционирането на зрителния орган е открило светлина, за да моделира циркадмите ритми на най-старите ни предци.

Човешкото око е изключително сложен орган. Работи като камера, която улавя и фокусира светлината, за да я преобразува в електрически сигнал, който мозъкът ще образува в изображения. Но вместо фотографски филм, то има специализирана ретина, която открива светлината и обработва сигнала през няколко десетки неврони. Окото е толкова сложно, че отдавна се използва като основополагащ аргумент от креационистите и защитниците на интелигентния дизаин, посочвайки го за пример. Този аргумент те наричат непроводима сложност. Система, която не може да функционира при липса на някой от нейните компоненти и която следователно не би могла да еволюира от по премитивна форма.

От тогава не бяха получени много повече доказателства в това отношение.

Докато еволюцията на скелета лесно е документирано в старите записи, структурите на меките тъкани рядко се споменават. И дори да го направят, вкаменелостите често не запазват достатъчно подробности, за да установят как са се развили нашите тъкани.

Въпреки това наскоро се постигна важен напредък в определянето на произхода на окото. Изучавайки образуването на органа в ембрионите и сравнявайки структурата и гените на различните видове, в крайна сметка бе възстановен момента, в който се появиха неговите характеристики. Резултатите показват, че човешкото око от гръбначен тип се е формирало от по-малко от сто милиона години. То еволюира от прост светлинен детектор за циркадни дневни и сезонни ритми, преди около 600 мил години до силнo рефиниран орган от оптична и неврологична гледна точка преди 500мил години. Повече от 150 години, след като Дарвин публикува своята новаторска теория, тези открития разбиха невъзможната сложност и подкрепят идеите на натуралиста (Trevor. Lamb, 2011).

Освен това се открива, че окото, далеч от идеално проектиран орган, има няколко дефекта, които са представлявали белезите на еволюцията. Естественият подбор не води до съвършенство, противно на това, което някой биха си помислили. Той се справя в зависимост от това, с какъв материал разполага, понякога със странни резултати. Тези открития разрушиха непроводимата сложност и подкрепят идеите на натуралиста.

За да разберем произхода на очите си, трябва да вземем предвид няколко много стари събития, които се връщат към появата на живот преди четири милиарда години. Простите многоклетъчни животни, появили се преди един милиард години, се разделят на две групи. Едната от тях има медиален симетричен план на тялото с горна и долна страна, но не отпред или отзад. Другата – която дава началото на повечето животни е двустранно симетрична, като едната страна отразява другата. Преди около шестстотин милиона години двустранните организми от своя страна се разделят на две основни групи – едната поведе огромното мнозинство днешните безгръбначни животни, а другата – нашата гръбначна линия или т.нар. гръбначни. Малко след като тези две линии се разделят се разпространява изненадващо разнообразие от форми на тялото, т.нар. камбрийска експлозия, която остава незаличим отпечатък върху изкопаемите данни от преди 540 и 490 мил години. Този изблик на еволюцията поставя основата за появата на нашите сложни очи.

Фосилно око на повече от 500 мил години.

Ново откритие показва, че някой от първите членостоноги, вече са придобили визия, толкова развита, колкото на някой настоящи насекоми.

Най-старите и най-сложни очи в каменелостите са открити са описани наскоро от международен екип базиран в музея на Южна Австралия и с участието на на Висшия съвет за научни изследвания. Тези вкаменени органи, на възраст около 515 мил. години (камбрийски период) са открити в град Emu Bay shale на северното крайбрежие на остров Кенгуру близо до Аделаида (Австралия). Повечето от находищата на вкаменелостите, обикновено съответстват на минимизираните части на животните черупчести, като тези на трилобитите или костите на гръбначните животни (D. García-Bellido, 2011).

Equinodermos con vision (бодлокожи със зрение).

Такъв е случая с Emu Bay shale (група метаморфни скали) резервоар, който се е образувал няколко милиона години след експлозията на биологичното разнообразие на Камбрия. Това поколение съответства на еволюционната радиация, от която са се появили почти всички групи животни – членостоноги, мекотели, хордови, преди 540-520 мил години. До този момент единствените добре известни фаселни очи бяха съставните очи от този период на трилобитите. Очите им имат една леща, с милиони сензорни клетки вътре. Los Trilobites (трилобитите) съответстват на изчезнал тип членостоноги – далечни роднини на раци, скорпиони и насекоми.

Те са били най-разнообразните животни в океаните през палеозоя преди между 540 и 250 милиона години.

7. По пътя на човешкото зрение – антропогенеза.

Безспорно трябва да са съществували такива условия за тази активна историческа еволюционна структура, при който естественият подбор е насочил пътя към една посока, която е довела до възникване и развитие на човека. Това, вероятно е станало преди 70 мил. години, когато по дърветата са живеели насекомоядни бозайници. Те са били подобни на днешните катерички. Животът по дърветата, движението предимно нощем, което е причина за тяхната лекота и пъргавина, както и изобилието от храна в субтропическите гори са били за тях удобна защита срещу господстващите по това време влечуги и бозайници най-вече от хищниците, и са им гарантирали храна и сигурност. Техните майсторски скокове и способността им да се вкопчват в клоните, ги е отличавало от щъкащите по земята животни. В следствие на начина им на живот, в продължение на редица поколения предните им лапички са се видоизменяли. На крайниците им са се появили нокти, което е отличителен белег на всички примати, наред с чувствителни възглавнички над тях.

Добре развитото зрение е било голямо предимство при скачането, вкопчването или хващането. Тук става въпрос за остротата на зрението, за възможността точно да се разграничава отпред и отзад, което е важна предпоставка да се действа успешно сред широкоразклонените дървета. Паралелно с това обаче, обонянието е загубило значението си като средство за ориентация сред жизненото пространство. Наследниците на тези приблизителни катерички са полумаймуните. Тяхната пъргавост, изразяваща се в умението им да се катерят и движат, люлеейки се по провиснали клони, им осигурили големи шансове за оцеляване и разпространение.

Срещащите са днес в Индия, Югоизточен Китай, Индокитай и Филипините тупай се отнасят към полумаймуните. До неотдавна са смятани за насекомоядни.

За разлика от полумаймуните, те са били по-малко пъргави, но за сметка на това са били по-силни. Това, което рязко ги е отличавало е, че са били не само обитатели на дърветата, а и на земята. Предните им крайници са били пригодени за катерене, люлеене, бягане и хващане. Всички тези движения са попадали в зрителното им поле. Наред с това е протекъл и процес на усъвършенстване на координацията око – ръка.

Това „прецизно захващане“ е присъщо на хората и високоразвитите антропоиди (Ф. Кликс, 1986, стр. 40-42, Rensch, 1968). Междувременно се наблюдава и изтеглянето на очите напред. Така се проявило силно застъпващо се, бинокулярно зрително поле, което от своя страна е предпоставка за точност при виждането в дълбочина на близки разстояния, особено в обсега на движение на предните крайници. Вероятно тъкмо поради промените в условията, на които трябва да се подчиняват, те са развили прецизното съгласуване на движенията на предните крайници и очите, което повишава адаптационната способност, а с това и селективните преимущества.Трябва да се има предвид, че не само степента на овладяване на едно действие (напр. проследяване с поглед или движение на крайниците) създава предимства при селекцията, а преди всичко съвместните действия, координацията „око-крайник“ е това, което създава качествено нови постижения. Съгласуването между виждане и движение при хващането или скачането представлява един нов начин на поведение, който поради различията в условията се изявява в една по-висока степен на гъвкавост.

Максималната координация на действията на очите и ръцете като еволюционно предимство се изразява в многостранността на възможностите им за използване, а не в точно извършване само на клас от специфични действия като бягане, катерене, търсене на плячка, улавяне, държане, убиване, завъртане, обръщане, бутане насам-натам; казано накратко: във възможно най-точното изпълнение на всичка тези действия. (Ф. Кликс, 1986, „Пробуждащото се мислене, стр. 40) Проконсулът (най-вероятният предшественик на човекоподобните маймуни) например, е имал координация – „длан-палец“, контролирана чрез очите и широкото бинокулярно зрително поле (или координацията при хващане с дланта и палеца се е осъществявала от проконсула и благодарение на визуалния контрол в едно широко бинокулярно зрително поле (Ф. Кликс, 1986, стр. 40 – 42, Heberer, 1967/К68). Условията в саваната са го принуждавали да изправя тялото си, за да може да вижда, да има по-добро обоняние, т. е. да му бъде осигурено едно поле на възприятие при преследване на плячката или при бягство от някаква опасност.

Бинокулярното пространствено или дълбочинно възприемане, което играе важна роля при ориентирането и поради това особено изострено при обитателите на дърветата, разполага със свой сензорен контролиращо-управляващ център окципиталната (тилна) част от централната нервна система. Точното владеене на тялото при катерещите се и висящите по дърветата животни, прецизното изпълнение на движенията при скачане и задържане обаче, се управлява от моторните центрове на средния мозък и от структурите на моторната мозъчна кора. Синхронизацията, която се проявява при визуалното провеждане и контролиране на движенията, стимулира усъвършенстването на възможностите на централната нервна система. От своя страна необходимостите на подбора, изисква повишени командни и контролни функции на централната нервна система, чрез което самата тя се доразвива. Един от впечатляващите резултати е хващащата ръка с противопоставен палец.

Свързаният с това много по-съществен резултат е способността да се манипулира с предметите. Това води до качествено разширяване кръга на достъпната информация за свойствата на реалния свят и до възможността поведението да бъде съобразено с тях. От тук можем да заключим, че не изправената походка сама по себе си е довела до еволюционния преход към хоминидите. Динозаврите, птиците, кенгурата и др. видове също са се движели на два крака. Естествено при тях положението на тялото и начинът на движение са различни от тези при приматите (Ф. Кликс, 1986, стр. 40– 42, Щефан – Stephan, 1977). Но това вече би могло да послужи за основа в еволюцията към истински двуноги.

Важна роля за сигурните скокове и точното улавяне за клоните, както вече бе споменато, играе точната дълбочинна локализация в зрителното пространство. Известно е, че дълбочинното виждане зависи от припокриването на зрителните полета на двете очи. От голямо значение е положението и базисното разстояние между очите. Силно раздалечените очи, както при зайците и при рибите, практически не дават възможност за бинокулярно дълбочинно зрение.

Тук се забелязва известен паралелизъм с едно явление от първите месеци на човешкия живот: със задействане на координацията между очите и ръцете след шестия месец скокообразно нараства възможността за когнитивно отражение на обкръжаващия свят и неговите свойства. (Ф. Кликс, 1986, стр. 40 – 42)

В тази връзка трябва да се има предвид „изместването на очите напред“ още при полумаймуните. Също така от изключително значение е и способността за виждане на дневна светлина и за разграничаване на цветовете. Както е известно, подобно на всеки друг наследствен белег и страничното разстояние между очите варира произволно. До една определена минимална дистанция с по-малко странично разстояние между очите се постига по-голямо бинокулярно зрително поле. По този начин се определя обемът на зрителното поле, в което е възможна точна дълбочинна локализация. Ако към унаследените предпоставки добавим и сравнително честа нужда от изправено движение, както това става при държане и носене на плодове или при кръгово ориентиране в саваните, тогава движението на предните крайници попада в специализираното за дълбочинно виждане зрително поле на двете очи. При целенасочени движения очите дават възможност за по-точно направляване на ръцете. Според Ф. Кликс (1986, „Пробуждащото се мислене, стр. 42) „Изпитаната, утвърдила се по време на живота сред дърветата точност при подскачане от клон на клон доказва преимуществата си при хващане, улавяне, докосване, опипване, а също и при удряне и нападане. Тъкмо тук се проявява и съгласуваността, точната координация между очите и предните крайници, на която ние отдаваме толкова изключителна роля“. Координацията се управлява от най-висшите дялове на нервната система. Затова и всяка тенденция за усъвършенстване на координацията очи-ръце по същество е един вид стимул за усъвършенстване функциите на мозъка – най-малкото доколкото засяга сензомоторното координиране на поведението*. В този период от историята на еволюцията възниква едно ново свойство в организацията на поведението. То дава възможност да се извършват нови по вид действия, които разкриват нови свойства на околната среда. По този начин се появяват нови нужди и същевременно се увеличават възможностите за тяхното задоволяване. Към тази важна взаимовръзка между възникването на нови нужди вследствие натрупване на нови познания, мотивацията за тяхното задоволяване, както и възбуждането на когнитивни средства за постигането му често е подчертавано, че за развитието на интелекта у децата голямо значение има усъвършенстването на сензомоторната координация. (Ф. Кликс, 1986 – Ж. Пиаже J. Piaget, 1966) счита това за основа на цялото интелектуално развитие. При така представената историческа ретроспекция възниква въпросът, дали можем да отдаваме подобно значение на еволюционно-историческите двигателни сили, развиващи интелекта, и на този качествено нов вид сензомоторна координация. (Ф. Кликс, 1986, стр. 41 – 42)

Тук само ще отбележим, че в подобен кръговрат се изявява връзката между мотивация и познание.

На въпроса, как е приключил предпочитаният живот по дърветата, не трябва да се отговаря с повърхностни умозаключения. Вероятно постепенният преход към живот, в саваната напр., не се дължи на креативни решения на отделни индивиди, последвани от техни привърженици, нито на внезапната промяна в навиците на по-големи групи. Най-близко до реалните обстоятелства вероятно е представата, изхождаща от това, че процесът безброй пъти се е повтарял от милиони живи същества, които са участвали в тази промяна къде по-дълго, къде по-кратко време. Ако има достатъчно храна или ако се срещнат партньори, продължителността на пребиваване в новото жизнено пространство се удължава. Тогава вече в него могат да се раждат и наследници.

Във връзка с произхода и еволюцията на окото, можем да обобщим следното:

Сегашното око с неговите сложни органи за извършване на дейности, които са били напълно невъзможни за ранните очи на едноклетъчните, като например регулиране на фокуса на различни разстояния, допускане на различни количества светлина и коригиране на сферична и автоматична аберация, на един по-късен етап са се формирали чрез естествен подбор, което показва, че организмите са способни да се адаптират към среда с многобройни промени, претърпяващи метаморфоза, която се наследява от техните потомци. („Elementaranalysen zur Psy-chophysik der Raumwahrnehmung“, 1962 г. и „Information und Ver-halten“, 1971 г.).

 

Литература:

1. Mayr E, Какво е еволюция. Ню Йорк, Основни книги, 2001.
2. Дарвин С., За произхода на видовете чрез естествен подбор или запазване на предпочитани раси в борбата за живот, Джон Мъри, Лондон, 1859.
3. Lamb TB, Collin SP и Pugh Jr EN, Еволюция на гръбначното око: опсини, фоторецептори, ретина и очна чашка Nature Rev Neurosci 2007; 8: 160-75.
4. Campbell NA. и Reece JB., Биология 7-мо издание, Редакция Médica Panamericana, Буенос Айрес. Мадрид, Испания, 2007 г.
5. Mayr E. Систематика и произход на видовете. Columbia University Press. Ню Йорк. 1942 г.
6. Фридхарт Кликс, Пробуждащото се мислене. София, Наука и изкуство, 1986 г.

Линкове:

https://www.nationalgeographic.bg/?cid=126&article=4222
https://www.oftalmologos.org.ar/oce/items/show/214
https://mejorvision.salauno.com.mx/origen-evolucion-del-ojo/

-------------