В журнале Current Biology опубликована новая эволюционная модель, согласно которой парные глаза позвоночных произошли от единственного светочувствительного органа древнего морского существа, жившего около 600 миллионов лет назад.
Предложенная гипотеза основана не на ископаемых останках, а на сравнительном анализе строения современных животных. Разбираем, почему исследователи пришли к выводу о существовании «циклопического» глаза и как он мог превратиться в два.
Главные мысли за 1 минуту
- Согласно новой модели, парные глаза позвоночных произошли от единственного светочувствительного органа, находившегося в центре головы у морского предка возрастом около 600 миллионов лет.
- Исследование построено на сравнительном анализе светочувствительных клеток, органов зрения и нервных цепей ныне живущих организмов, а не на ископаемых находках.
- Древний срединный глаз мог дать начало обеим сетчаткам, эпифизу и параэпифизу первых позвоночных.
- Сетчатка позвоночных объединяет клетки двух разных эволюционных линий — ресничных и рабдомерных фоторецепторов, что согласуется с предложенной моделью.
- Эпифиз человека утратил светочувствительность, но сохранил роль регулятора суточных ритмов: он вырабатывает мелатонин, синхронизирующий цикл сна и бодрствования.
Древний предок с одним глазом
Авторами работы выступили биолог-сенсорик Дан-Эрик Нильссон из Лундского университета, а также Джордж Кафетзис, Майкл Дж. Бок и Томас Баден из Университета Сассекса. Они выполнили эволюционную реконструкцию, используя данные о строении живущих сегодня организмов, поскольку никаких останков одноглазого животного возрастом 600 миллионов лет пока не обнаружено.
Согласно модели, далекий предок позвоночных был небольшим червеобразным существом, обитавшим на морском дне. В центре его головы находился простой светочувствительный орган — своеобразный «циклопический» глаз. Первоначально у таких животных могли существовать и две боковые группы светочувствительных клеток, позволявшие различать день и ночь, определять направление света и ориентироваться в пространстве. Однако переход к малоподвижному образу жизни в норах и фильтрации морской воды привел к тому, что сложное зрение утратило значение. Боковые структуры постепенно исчезли, а срединный глаз сохранился.
Как один глаз превратился в два
Когда потомки этих животных вновь стали активно плавать, развитое зрение снова стало важным для поиска пищи, обнаружения препятствий и распознавания хищников. Эволюция не создавала зрительную систему с нуля. Вместо этого уже существовавшие клетки и нервные цепи срединного глаза были использованы повторно. Со временем орган расширился в стороны, дав начало левой и правой сетчаткам первых позвоночных, а также эпифизу и параэпифизу.
Сетчатка позвоночных: два типа клеток в одной системе
В пользу гипотезы говорит и эмбриональное развитие. Сетчатка глаза позвоночных формируется как вырост переднего мозга, тогда как глаза насекомых и головоногих моллюсков возникают из поверхностных тканей головы и имеют совершенно иное эволюционное происхождение.
Кроме того, новая модель объясняет необычное строение сетчатки позвоночных. В ней объединены клетки двух разных линий. Палочки и колбочки относятся к ресничным фоторецепторам, преобразующим свет в электрические сигналы. А ганглиозные, амакриновые и горизонтальные клетки, которые участвуют в обработке изображения и передаче информации в мозг, эволюционно связаны с рабдомерными фоторецепторами. У большинства животных эти две линии входят в состав разных светочувствительных систем. Исследователи полагают, что древний срединный глаз уже содержал представителей обеих линий, что позволило эволюции объединить их в единую высокоорганизованную сетчатку.
Эпифиз как наследие древнего глаза
Современный эпифиз человека утратил способность напрямую воспринимать свет, однако продолжает выполнять важную функцию в работе биологических часов. Он вырабатывает мелатонин, помогающий синхронизировать цикл сна и бодрствования со сменой дня и ночи. У многих других позвоночных эпифиз до сих пор сохраняет способность реагировать на освещенность.
Что подтверждает и что остается гипотезой
Предложенная модель согласуется с исследованием, опубликованным в 2024 году в журнале Nature Communications. Тогда ученые сравнили клетки сетчатки морских миног, мышей, кур и данио-рерио и обнаружили, что многие типы клеток, отвечающих за обработку зрительной информации, появились уже на самых ранних этапах эволюции позвоночных.
Авторы подчеркивают, что модель пока остается научной гипотезой и не подтверждена ископаемыми находками. Однако если она верна, то человеческое бинокулярное зрение и механизм регуляции сна — наследие одного и того же примитивного срединного глаза, существовавшего у древнего морского предка около 600 миллионов лет назад. Исследование опубликовано в журнале Current Biology.
