Светлое пятно в середине головы образует срединный глаз этой королевской рогатой ящерицы. Обычных детских глаз не видно, поскольку снимок сделан сзади. Фото: (c) Бруно Фриас Моралес, некоторые права защищены (CC BY)
Оказывается, у человека и всех прочих позвоночных мог быть единый причудливый предок — крошечное создание, обладавшее лишь одним глазом, расположенным на темени. Это открытие, совершённое совместными усилиями Лундского университета и Университета Сассекса, кардинально меняет устоявшиеся представления об эволюции зрительной системы. Исследователи пришли к выводу, что самый ранний предок позвоночных животных примерно 600 миллионов лет назад прошёл через стадию циклопа. Согласно их наблюдениям, центральный глаз этого древнего организма впоследствии стал основой для формирования парных глаз, которые сегодня есть у всех позвоночных.
Не менее поразительно и то, что часть этой архаичной зрительной системы, возможно, сохранилась внутри нашего мозга в виде шишковидной железы — органа, отвечающего за регуляцию сна. «Результаты оказались неожиданными. Они переворачивают наше понимание эволюции: глаза и мозг — с ног на голову», — заявил Дэн-Э. Нильссон, почётный профессор сенсорной биологии Лундского университета, чьи слова приведены в материале.
Древний циклоп и его необычный эволюционный маршрут
Далёкий предок, описываемый учёными, представлял собой небольшое существо, телом напоминавшее червя. Обитало оно в океане почти 600 миллионов лет назад, проводя большую часть жизни неподвижно в одном месте и отфильтровывая планктон из окружающей морской воды для пропитания. На более ранних эволюционных этапах у этого организма, по-видимому, имелось два глаза или, как минимум, две светочувствительные клетки. Парные органы зрения широко распространены в животном мире, поскольку помогают определять направление, расстояние и расположение объектов. Однако, как отмечает профессор Нильссон, доподлинно неизвестно, были ли эти парные глаза на нашей ветви эволюционного древа простыми светочувствительными клетками или же примитивными глазами, формирующими изображение. Известно лишь, что после их утраты организм изменился.
Из-за малоподвижного и прикреплённого образа жизни существо перестало остро нуждаться в парном зрении. На протяжении многих веков глаза постепенно исчезали, не давая ощутимых преимуществ. Вместо них у животного сформировался кластер светочувствительных клеток в середине головы, который развился в примитивный центральный глаз — так называемый срединный глаз. Вероятно, этот простой орган не создавал детальных изображений, но помогал отличать ночь от дня и определять, где верх, — что было критически важно для выживания в океане.
Спустя миллионы лет потомки этого существа вновь перешли к активному плаванию. Подвижный образ жизни породил новую потребность в зрении — особенно в способности находить источники света, избегать препятствий и хищников, а также ориентироваться в пространстве. Исследователи полагают, что часть исходного срединного глаза изменила свою функцию в ходе эволюции: из этой центральной зрительной структуры в конечном итоге развилась новая пара глаз, способная формировать изображения. Этот необычный процесс может объяснить, почему глаза позвоночных устроены принципиально иначе, чем у многих других животных. «Теперь мы наконец понимаем, почему глаза позвоночных животных так отличаются от глаз всех других групп, таких как насекомые и кальмары. Сетчатка наших глаз развилась из мозга, тогда как глаза насекомых и кальмаров берут начало в коже по бокам головы», — подчёркивает Дэн-Э. Нильссон.
Напомним, что сетчатка — это тонкий слой ткани, выстилающий заднюю часть глаза и содержащий клетки, которые улавливают свет и преобразуют его в электрические сигналы, отправляемые в мозг. У позвоночных сетчатка тесно связана с мозгом, поскольку эволюционно произошла из мозговой ткани. Для сравнения, глаза насекомых и кальмаров развивались иным эволюционным путём, образуясь из ткани на поверхности головы.
Таким образом, глаза позвоночных предстают продуктом странного обходного эволюционного маршрута: предок сначала утратил парные глаза, став практически неподвижным, затем обзавёлся простым центральным глазом, а после задействовал часть этой структуры для создания новой, более совершенной зрительной системы. Эти выводы основаны на тщательном анализе расположения светочувствительных клеток у разных групп животных. Команда учёных выяснила, где эти клетки находятся в современных организмах, и реконструировала вероятные этапы эволюции.
труктуре, как они функционируют и как соединяются с другими тканями и нервами.
Эти данные свидетельствуют о том, что позвоночные явления в результате этой специфической последовательности изменений не происходят из тех же структур, которые образовали глаза кальмаров и других животных.
«Впервые мы понимаем границы нейронных цепей, которые анализируют изображение в нашей сетчатке», — сказал он. добавить Дэн-Э Нильссон.
Нейронные цепи — это сеть связей нервных клеток, которые обрабатывают информацию. В цепи этих цепей начинают организовываться зрительные сигналы еще до того, как они определяют мозг, помогая распознавать такие характеристики, как яркость, контрастность, движение и форма.
Древний глаз все еще внутри мозга
Возможно, самой удивительной частью теории является то, что древний срединный глаз никогда не исчезал полностью.
Исследователи подтверждают, что его эволюционные остатки сохранились и сегодня в виде шишковидной железы, небольшого члена, расположенного глубоко внутри мозга позвоночных. Хотя люди не используют шишковидную железу для просмотра изображений, они по-прежнему озабочены реакцией организма на свет и темноту.
Шишковидная железа вырабатывает мелатонин — гормон, который помогает контролировать циркадный ритм. Эта внутренняя система синхронизации влияет на то, когда организм чувствует себя бодрствующим или сонным в течение примерно 24-часового цикла.
У многих позвоночных шишковидная система находится чувствительно к свету. У людей информация о свете достигает мозга в основном через глаза, что позволяет выработке мелатонина повышаться ночью и падать днем.
«Поразительно, что способность нашей шишковидной железы регулировать наш сон в зависимости от мощности происходит от циклопического среди далекого предка, жившего 600 миллионов лет назад», — сказал он. заключает Дэн-Э Нильссон.