Η επιστημονική κοινότητα φέρνει στο φως μια ανακάλυψη που ανατρέπει όσα γνωρίζαμε για την εξέλιξη της ανθρώπινης όρασης. Νέα έρευνα συνδέει την πολυπλοκότητα των ματιών μας με έναν αναπάντεχο πρόγονο από τα βάθη του χρόνου.
Τα ευρήματα δείχνουν ότι η ικανότητά μας να βλέπουμε τον κόσμο ξεκίνησε από ένα ον που θυμίζει πλάσμα της μυθολογίας. Οι ερευνητές αναφέρουν ότι ένας μικροσκοπικός, μονόφθαλμος πρόγονος που έζησε πριν από σχεδόν 600 εκατομμύρια χρόνια ίσως διαμόρφωσε την εξέλιξη των ματιών κάθε σπονδυλωτού, συμπεριλαμβανομένου του δικού μας.
Διαπίστωσαν επίσης ότι το αρχαίο μέσο μάτι του συνεχίζει να ζει σήμερα ως επίφυση (κωνάριο), η οποία βοηθά στον συγχρονισμό του ύπνου μας με το φως της ημέρας.
Οι άνθρωποι και κάθε άλλο σπονδυλωτό ενδέχεται να μοιράζονται έναν εκπληκτικά παράδοξο πρόγονο:
- Ένα μικροσκοπικό πλάσμα με ένα μόνο μάτι στο κέντρο του πάνω μέρους του κεφαλιού του.
Πρόσφατη έρευνα από το Πανεπιστήμιο του Λουντ και το Πανεπιστήμιο του Σάσσεξ υποστηρίζει ότι ο παλαιότερος πρόγονος των σπονδυλωτών πέρασε από ένα στάδιο που έμοιαζε με Κύκλωπα, σχεδόν 600 εκατομμύρια χρόνια πριν.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, το κεντρικό μάτι αυτού του ζώου συνέβαλε τελικά στην ανάπτυξη των ζευγαρωτών ματιών που χρησιμοποιούν τα σπονδυλωτά σήμερα.
Το ακόμη πιο αξιοσημείωτο είναι ότι ένα μέρος αυτού του αρχαίου οπτικού συστήματος ίσως επιβιώνει ακόμα μέσα στον σύγχρονο εγκέφαλο ως επίφυση (κωνάριο), ένα όργανο που βοηθά στη ρύθμιση του ύπνου.
«Τα αποτελέσματα αποτελούν έκπληξη. Ανατρέπουν πλήρως την κατανόησή μας για την εξέλιξη του ματιού και του εγκεφάλου», δηλώνει ο Dan-E Nilsson, ομότιμος καθηγητής αισθητηριακής βιολογίας στο Πανεπιστήμιο του Λουντ.
Ένας μικροσκοπικός, μονόφθαλμος πρόγονος
Ο μακρινός πρόγονος που περιγράφουν οι ερευνητές ήταν ένα μικρό πλάσμα με σώμα που έμοιαζε με σκουλήκι. Ζούσε στον ωκεανό σχεδόν 600 εκατομμύρια χρόνια πριν και περνούσε το μεγαλύτερο μέρος της ζωής του στο ίδιο σημείο, φιλτράροντας πλαγκτόν από το θαλασσινό νερό για να τραφεί.
Νωρίτερα στην εξελικτική του ιστορία, ο οργανισμός φαίνεται να διέθετε δύο μάτια ή τουλάχιστον δύο ομάδες κυττάρων ικανών να ανιχνεύουν το φως.
Τα ζευγαρωτά μάτια είναι κοινά σε όλο το ζωικό βασίλειο, επειδή βοηθούν τα κινούμενα ζώα να υπολογίζουν την κατεύθυνση, την απόσταση και τη θέση των αντικειμένων γύρω τους.
«Δεν γνωρίζουμε αν τα ζεύγη ματιών στο δικό μας κλάδο του εξελικτικού δέντρου ήταν απλώς φωτοευαίσθητα κύτταρα ή απλά μάτια που σχημάτιζαν εικόνες. Γνωρίζουμε μόνο ότι ο οργανισμός τα έχασε αργότερα», αναφέρει ο Dan-E Nilsson.
Επειδή το πλάσμα είχε υιοθετήσει έναν τόσο ήσυχο και στατικό τρόπο ζωής, δεν εξαρτιόταν πλέον σε μεγάλο βαθμό από τη διόφθαλμη όραση. Στο πέρασμα πολλών γενεών, τα μάτια εξαφανίστηκαν σταδιακά επειδή προσέφεραν ελάχιστο πλεονέκτημα.
Το ζώο, ωστόσο, διατήρησε μια ομάδα κυττάρων στο κέντρο του κεφαλιού του που μπορούσαν να ανιχνεύσουν το φως. Αυτά τα κύτταρα εξελίχθηκαν σε ένα πρωτόγονο κεντρικό μάτι, γνωστό και ως μέσο μάτι. Το απλό αυτό όργανο πιθανότατα δεν δημιουργούσε λεπτομερείς εικόνες.
Αντίθετα, ίσως βοηθούσε το ζώο να ξεχωρίζει τη νύχτα από την ημέρα και να προσδιορίζει ποια κατεύθυνση ήταν προς τα πάνω, δύο λειτουργίες που θα ήταν χρήσιμες για την επιβίωσή του στον ωκεανό.
Πώς επέστρεψαν τα ζεύγη ματιών
Εκατομμύρια χρόνια αργότερα, οι απόγονοι του ζώου άρχισαν να κολυμπούν ξανά ενεργά.
Ένας κινητικός τρόπος ζωής δημιούργησε μια ανανεωμένη ανάγκη για όραση, ιδιαίτερα για την ικανότητα εντοπισμού τροφής, εμποδίων, θηρευτών και της κατεύθυνσης της κίνησης.
Οι ερευνητές καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι τμήματα του αρχικού μέσου ματιού άλλαξαν χρήση κατά την εξέλιξη. Από αυτή την κεντρική οπτική δομή αναπτύχθηκε τελικά ένα νέο ζεύγος ματιών, ικανών να σχηματίζουν εικόνες.
Αυτή η ασυνήθιστη διαδικασία ίσως εξηγεί γιατί τα μάτια των σπονδυλωτών είναι κατασκευασμένα τόσο διαφορετικά από τα μάτια πολλών άλλων ζώων.
«Τώρα κατανοούμε επιτέλους γιατί τα μάτια των σπονδυλωτών διαφέρουν τόσο ριζικά από τα μάτια όλων των άλλων ζωικών ομάδων, όπως τα έντομα και τα καλαμάρια.
Το φιλμ των ματιών μας –ο αμφιβληστροειδής χιτώνας– αναπτύχθηκε από τον εγκέφαλο, ενώ τα μάτια των εντόμων και των καλαμαριών προέρχονται από το δέρμα στα πλαϊνά του κεφαλιού», δηλώνει ο Dan-E Nilsson.
Ο αμφιβληστροειδής είναι το λεπτό στρώμα ιστού που καλύπτει το πίσω μέρος του ματιού.
Περιέχει κύτταρα που ανιχνεύουν το φως και το μετατρέπουν σε ηλεκτρικά σήματα, τα οποία στη συνέχεια αποστέλλονται στον εγκέφαλο και συντίθενται στις εικόνες που βλέπουμε.
Στα σπονδυλωτά, ο αμφιβληστροειδής συνδέεται στενά με τον εγκέφαλο επειδή αναπτύχθηκε από εγκεφαλικό ιστό κατά την εξέλιξη. Συγκριτικά, τα μάτια των εντόμων και των καλαμαριών προέκυψαν μέσα από μια διαφορετική εξελικτική διαδρομή που αφορούσε ιστό στην επιφάνεια του κεφαλιού.
Μια παράδοξη παράκαμψη στην εξέλιξη του ματιού
Οι ερευνητές περιγράφουν τα μάτια των σπονδυλωτών ως το προϊόν μιας ασυνήθιστης εξελικτικής παράκαμψης.
Ένας πρόγονος έχασε αρχικά τα ζεύγη των ματιών του αφού έγινε σε μεγάλο βαθμό ανενεργός, διατήρησε ένα απλό κεντρικό μάτι και αργότερα χρησιμοποίησε μέρη αυτής της δομής για να δημιουργήσει ένα νέο και πιο εξελιγμένο οπτικό σύστημα.
Το συμπέρασμά τους βασίζεται σε μια ευρεία σύγκριση των φωτοανιχνευτικών κυττάρων σε διάφορες ζωικές ομάδες. Η επιστημονική ομάδα εξέτασε πού εμφανίζονται αυτά τα κύτταρα στο σώμα, πώς λειτουργούν, καθώς και πώς συνδέονται με άλλους ιστούς και νεύρα.
Αυτά τα στοιχεία υποδηλώνουν ότι τα μάτια των σπονδυλωτών προέκυψαν μέσα από αυτή τη συγκεκριμένη αλληλουχία αλλαγών, αντί να εξελιχθούν από τις ίδιες δομές που δημιούργησαν τα μάτια των εντόμων, των καλαμαριών και άλλων ζώων.
«Για πρώτη φορά, κατανοούμε τώρα και την προέλευση των νευρικών κυκλωμάτων που αναλύουν την εικόνα στον αμφιβληστροειδή μας», προσθέτει ο Dan-E Nilsson.
Τα νευρικά κυκλώματα είναι δίκτυα συνδεδεμένων νευρικών κυττάρων που επεξεργάζονται πληροφορίες.
Στον αμφιβληστροειδή, αυτά τα κυκλώματα ξεκινούν να οργανώνουν τα οπτικά σήματα προτού καν φτάσουν στον εγκέφαλο, βοηθώντας στον εντοπισμό χαρακτηριστικών όπως η φωτεινότητα, η αντίθεση (κοντράστ), η κίνηση και το σχήμα.
Το αρχαίο μάτι που βρίσκεται ακόμη μέσα στον εγκέφαλο
Το πιο εκπληκτικό μέρος της θεωρίας ίσως είναι ότι το αρχαίο μέσο μάτι δεν εξαφανίστηκε ποτέ εντελώς. Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι τα εξελικτικά του υπολείμματα επιβιώνουν σήμερα ως επίφυση (κωνάριο), ένα μικρό όργανο που βρίσκεται βαθιά μέσα στον εγκέφαλο των σπονδυλωτών.
Αν και οι άνθρωποι δεν χρησιμοποιούν την επίφυση για να βλέπουν εικόνες, αυτή παραμένει συνδεδεμένη με την ανταπόκριση του οργανισμού στο φως και το σκοτάδι.
Η επίφυση παράγει μελατονίνη, μια ορμόνη που βοηθά στον έλεγχο του κιρκάδιου ρυθμού.
Το εσωτερικό σύστημα χρονισμού επηρεάζει το πότε το σώμα αισθάνεται σε εγρήγορση ή υπνηλία κατά τη διάρκεια κάθε κύκλου, ο οποίος διαρκεί περίπου 24 ώρες.
Σε πολλά σπονδυλωτά, το σύστημα της επίφυσης είναι άμεσα ευαίσθητο στο φως.
Στους ανθρώπους, οι πληροφορίες για το φως φτάνουν στον εγκέφαλο κυρίως μέσω των ματιών, επιτρέποντας στην παραγωγή μελατονίνης να αυξάνεται τη νύχτα και να μειώνεται κατά τη διάρκεια της ημέρας.
«Είναι συγκλονιστικό το γεγονός ότι η ικανότητα της επίφυσής μας να ρυθμίζει τον ύπνο μας ανάλογα με το φως πηγάζει από το κυκλώπειο μέσο μάτι ενός μακρινού προγόνου, 600 εκατομμύρια χρόνια πριν», καταλήγει ο Dan-E Nilsson.