Naši dávni predkovia mohli mať jedno oko uprostred hlavy. Práve z neho sa mohli vyvinúť dnešné oči
Vedci prišli s novým vysvetlením, ako vznikli oči stavovcov. Podľa ich modelu sa vyvinuli z dávneho stredového oka predka spred približne 600 miliónov rokov, ktorého stopu dnes vidíme aj v epifýze.
Pred približne 600 miliónmi rokov mohol žiť predok stavovcov, ktorý mal na vrchu tela jednoduchý svetlocitlivý orgán pripomínajúci jedno oko. Výskumníci z Lundskej univerzity a University of Sussex teraz tvrdia, že práve z tohto systému sa mohli neskôr vyvinúť párové sietnice, aké majú dnešné ryby, plazy, vtáky aj cicavce.
Nešlo však o kyklopa, akého poznáme z mytológie. Vedci hovoria o malom červovitom živočíchovi, ktorý prešiel na sedavý, pravdepodobne zahrabávajúci sa spôsob života a potravu získaval filtrovaním častíc z morskej vody. Práve počas tohto obdobia podľa autorov jeho vývojová vetva prišla o bočné oči.
Sedavý život pripravil predka stavovcov o oči. Nie však úplne
Vzdialení predkovia tejto vývojovej vetvy mali predtým párové svetlocitlivé orgány po stranách tela. Nie je však jasné, ako dobre videli. Mohlo ísť o jednoduché svetlocitlivé bunky, ale aj o primitívne oči schopné vytvárať obraz.
Po prechode na sedavý spôsob života sa bočné oči postupne stratili. Zachovala sa však skupina buniek reagujúcich na svetlo uprostred hornej časti tela. Podľa autorov z nej vznikol stredový fotoreceptívny orgán. Ostrý obraz vytvárať nemusel. Stačilo, ak rozpoznal zmeny svetla a pomáhal živočíchovi zorientovať sa v priestore.
Až neskôr sa potomkovia tejto línie vrátili k aktívnemu plávaniu. Vtedy začalo mať presnejšie videnie opäť veľkú výhodu a časť pôvodného stredového systému sa podľa vedcov postupne presunula do strán. Z nej mal vzniknúť základ párových sietnic stavovcov.
Neprehliadni
Jedno oko sa teda jednoducho nerozdelilo na dve. Menilo sa rozmiestnenie buniek aj spôsob, akým boli zapojené do nervových okruhov.
„Výsledky sú prekvapením. Zásadne menia naše chápanie evolúcie oka a mozgu,“ hovorí Dan-E Nilsson, profesor emeritus senzorickej biológie na Lundskej univerzite.
V oku stavovcov sa spojili bunky, ktoré inde fungujú oddelene
Oči stavovcov sa od očí hmyzu alebo hlavonožcov líšia už svojím pôvodom. Sietnica stavovcov sa počas embryonálneho vývoja vytvára ako súčasť nervového systému a zostáva úzko spojená s mozgom. Oči hmyzu či hlavonožcov vznikli inou evolučnou cestou z povrchových tkanív tela.
Štúdia publikovaná v Current Biology sa preto pozerá najmä na samotné zloženie sietnice. Nachádzajú sa v nej bunky pochádzajúce z dvoch veľmi starých evolučných línií.
Prvou je ciliárna línia. Patria sem tyčinky a čapíky, ktoré zachytávajú svetlo a umožňujú farebné aj nočné videnie. Druhou je rhabdomerická línia. U mnohých bezstavovcov práve rhabdomerické fotoreceptory priamo reagujú na svetlo, zatiaľ čo u stavovcov sa s touto evolučnou líniou spájajú gangliové, amakrinné a horizontálne bunky sietnice.
Autori predpokladajú, že oba systémy boli prítomné už v dávnom stredovom fotoreceptívnom orgáne. Neskôr sa stali súčasťou jednej sietnice.
Osobitné miesto v tejto hypotéze majú bipolárne bunky. Dnes prenášajú signály z tyčiniek a čapíkov k ďalším neurónom sietnice, ich pôvod však podľa autorov siaha ešte pred vznik modernej sietnice. Štúdia dokonca počíta s tým, že rôzne typy bipolárnych buniek mohli pochádzať z dvoch pôvodne oddelených bunkových línií.
Pozostatok dávneho oka máme dodnes v mozgu
Z inej časti pôvodného stredového fotoreceptívneho systému mal vzniknúť pineálny a parapineálny komplex. U človeka je najznámejšou časťou tejto vývojovej línie epifýza. Produkuje melatonín a podieľa sa na regulácii cirkadiánneho rytmu.
Sietnica a epifýza teda podľa nového modelu nemajú úplne oddelenú evolučnú históriu. Obe majú korene v staršom fotoreceptívnom systéme, ktorého jednotlivé časti sa neskôr začali špecializovať odlišným smerom.
Pri niektorých dnešných plazoch sa tento dávny pôvod stále ukazuje veľmi názorne. Zachovali si takzvané parietálne, teda temenné oko, ktoré sa môže na vrchu hlavy prejavovať ako svetlá škvrna.
Človek žiadnu podobnú štruktúru na povrchu hlavy nemá. Epifýza je uložená hlboko v mozgu a svetlo priamo nesníma. Jej činnosť sa však mení podľa informácií o svetle, ktoré do systému prichádzajú cez oči a mozgové centrá riadiace biologické hodiny.
„Je ohromujúce, že schopnosť epifýzy regulovať náš spánok podľa svetla pochádza z kyklopského stredového oka vzdialeného predka spred 600 miliónov rokov,“ uzatvára Nilsson.
K jednookému predkovi vedcov priviedli bunky, nie skameneliny
Autori k tomuto scenáru nedospeli po objavení skameneliny so zachovaným okom. Ide o evolučný model postavený na porovnávaní svetlocitlivých buniek, ich funkcie, polohy v tele a nervových spojení u rôznych skupín živočíchov. Snažia sa tým vysvetliť, prečo sietnica stavovcov obsahuje kombináciu buniek a obvodov, ktorá sa výrazne odlišuje od očí iných živočíšnych skupín.
Podľa autorov sietnica nevznikla de novo, ako úplne nová štruktúra. Jej základné súčasti existovali už skôr, no v línii vedúcej k stavovcom sa zmenilo ich rozmiestnenie, prepojenie a úloha.
Predložená hypotéza má stále viacero hluchých miest. Vedci chcú porovnávať génovú aktivitu buniek sietnice a epifýzy s fotoreceptívnymi systémami bezlebkovcov, plášťovcov a polostrunatcov. Porovnania s ostnatokožcami, xenoturbellidmi a prvoústovcami by zase mohli ukázať, kedy sa jednotlivé svetlocitlivé systémy začali vyvíjať odlišnými smermi.
Veľa neznámeho zostáva aj pri samotnej epifýze. Autori chcú pomocou objemovej elektrónovej mikroskopie detailne zmapovať jej bunky a nervové spojenia a porovnať ich so sietnicou. Práve takéto dáta môžu ukázať, či medzi oboma štruktúrami zostali zachované podobnosti, ktoré nový model predpokladá.
Zatiaľ teda nejde o definitívne vyriešený pôvod očí stavovcov. Predložený scenár musia preveriť ďalšie genetické, anatomické a funkčné analýzy.
