Originea ochilor: Cum am ajuns de la un singur ochi la doi

Cercetările recente arată că ochii au parcurs o călătorie evolutivă incredibilă pentru a ajunge la forma familiară de astăzi, scrie Science Alert.

Se știe de mult timp că ochii noștri (ai vertebratelor) diferă fundamental de cei ai rudelor noastre îndepărtate (nevertebratele), din cauza compoziției celulare și a modului în care se dezvoltă înainte de naștere. Totuși, răspunsurile la întrebarea de ce sau cum au apărut aceste diferențe au rămas mult timp neclare.

Studiul sugerează că ochii noștri provin de la un strămoș asemănător unui vierme, care cutreiera oceanele acum 600 de milioane de ani. Același lucru este valabil pentru toate animalele bilaterale, adică animalele ale căror corpuri pot fi împărțite aproximativ în două jumătăți simetrice, stângă și dreaptă.

Studiul a fost realizat de George Kafetzis, cercetător în neuroștiințe la Universitatea din Sussex, și Dan Nilsson, profesor emerit de zoologie la Universitatea din Lund.

Ca parte a studiului, au analizat 36 de grupuri majore de animale vii (acoperind aproape toate animalele bilaterale) pentru a vedea unde sunt localizați ochii și celulele sensibile la lumină și ce rol au.

A apărut un tipar clar. Au descoperit că ochii și celulele sensibile la lumină se găsesc constant în două locații separate: în perechi pe ambele părți ale feței și pe linia mediană a capului, deasupra creierului.

La animalele analizate, celulele din poziția pereche sunt folosite pentru a ghida mișcarea, în timp ce cele de pe linia mediană disting ziua de noapte și susul de jos.

Autorii studiului au concluzionat că un strămoș antic, asemănător unui vierme, al tuturor vertebratelor a pierdut perechea de ochi „de orientare” atunci când a adoptat un stil de viață aproape static, acum 600 de milioane de ani, îngropându-se în fundul mării. Devenind un organism filtrator, fără nevoie de mișcare, ochii pereche – costisitori energetic – au devenit inutili.

Totuși, această schimbare nu a afectat celulele sensibile la lumină din mijlocul capului, deoarece animalul avea încă nevoie să perceapă momentul zilei și orientarea. Deși ochii pereche dispăruseră, aceste celule au evoluat într-un mic ochi median.

Probabil, în decurs de câteva milioane de ani, acest animal și-a schimbat din nou stilul de viață. Revenirea la înot a reintrodus nevoia de orientare și de control al mișcării corpului pentru o hrănire eficientă și pentru evitarea prădătorilor.

Acest lucru a determinat evoluția să dezvolte ochiul median, formând mici cupe oculare pe fiecare parte. Acestea s-au separat ulterior de ochiul central, s-au deplasat spre lateralele capului și au format noii 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 glanda pineală din creier, care produce hormonul somnului, melatonina.

La multe vertebrate, glanda pineală primește lumină printr-o regiune transparentă din mijlocul capului.

Totuși, în cazul mamiferelor, aceasta și-a pierdut capacitatea de a detecta lumina – posibil pentru că mamiferele timpurii erau active noaptea și se ascundeau ziua. Astfel, ochii, mai sensibili, au preluat rolul de detectare a luminii, reglând secreția de melatonină și somnul.

Ochii de toate formele și dimensiunile

Animalele care nu au pierdut celulele originale sensibile la lumină ale strămoșului comun reprezintă majoritatea nevertebratelor de astăzi, deoarece provin dintr-o ramură evolutivă care nu a adoptat un stil de viață static.

Acestea includ crustacee, insecte, păianjeni, caracatițe, melci și multe tipuri de viermi. Aceste animale au încă versiuni moderne ale celulelor sensibile la lumină originale. Ochii insectelor și crustaceelor sunt compuși, având numeroase lentile mici. În schimb, caracatițele și melcii au ochi de tip „cameră”, cu o singură lentilă.

De fapt, caracatițele și melcii au evoluat independent un tip de ochi foarte asemănător cu cel al vertebratelor.

Totuși, retina noastră – stratul sensibil la lumină din spatele ochiului – conține peste 100 de tipuri de neuroni (la șoareci chiar mai mulți – 140), comparativ cu doar câteva la caracatițe și melci. Acest lucru o face aproape la fel de complexă ca scoarța cerebrală.

Oamenii de știință au crezut că această complexitate a apărut relativ târziu în evoluție. Asemănările dintre celulele sensibile la lumină din creier și cele din ochii pereche au dus la ipoteza existenței unui ochi simplu, asemănător glandei pineale, în stadiile timpurii.

În studiul actual, însă, autorii susțin că o mare parte din această complexitate exista deja înainte de apariția retinei. Astfel, este probabil ca ea să fi fost prezentă încă din ochiul strămoș „ciclop”.

Acest lucru are implicații importante pentru înțelegerea originii și organizării circuitelor neuronale din retină și creier.

Pentru vertebrate, evoluția ochilor și a creierului este strâns legată. Apariția ochilor pereche a fost esențială, deoarece aceștia au permis comportamente complexe care necesită cogniție și creiere mari.