ДАРВІН ПОМИЛИВСЯ ЩОДО «ВНУТРІШНЬОЇ РИБИ»: як замість чотирьох очей ми отримали третє

Photo by Petri Heiskanen on Unsplash

У більшості підручників з біології історія зору у хребетних починається з двох очей, але нове відкриття змушує переписати цей розділ. Палеонтологи, які дослідили унікальні скам’янілі рештки з Китаю, виявили: найдавніші хребетні, що жили понад 518 мільйонів років тому, мали не два, а чотири ока. І це не плід фантазії художника — це висновок, заснований на конкретних скам’янілостях, які буквально зберегли деталі visual systems наших найдавніших предків.

НАЙДАВНІШІ ЧОТИРИОКІ

Виявлені скам’янілості належать до ранніх безщелепних риб із родини myllokunmingiid — однієї з найпримітивніших ліній хребетних, що будь-коли плавали в океанах кембрійського періоду. Це були невеликі істоти, можливо, всього кілька сантиметрів завдовжки, схожі на примітивних риб без щелеп, проте з уже розвиненими складними рисами морфології. Ретельне вивчення цих скам’янілостей за допомогою потужного мікроскопа та хімічного аналізу виявило в черепній ділянці не лише дві великі бічні очниці — аналогічні тим, що ми бачимо у переважної більшості тварин сьогодні, а й дві додаткові структури між ними, які за морфологією відповідали повноцінним очам. Обидва додаткові органи містили пігменти та структури, характерні для функціональних очей: пігментні зерна, аналогічні меланіну, та ознаки лінз, здатних формувати зображення, що вказує на те, що ці очі були не просто світлочутливими ділянками шкіри, а повноцінними органами зору. Науковці називають це відкриття «приголомшливим переосмисленням ранньої еволюції ока», оскільки воно показує, як перші хребетні могли сприймати навколишній світ.

ХОЧЕШ ЖИТИ? ЗАВЕДИ СОБІ ЩЕ ДВОЄ ОЧЕЙ!

Кембрійський період — час так званого кембрійського вибуху, коли на Землі стрімко розвивалися нові форми життя і виникали перші складні екосистеми. Це була епоха, коли хижаки та їхні жертви внесли у біологію нову динаміку тиску природного відбору. У тогочасних водах, у процесі формування стратегій виживання, гострий зір міг стати запорукою життя. У таких умовах чотири ока в будь-якому разі краще, ніж два! Додаткові очі давали можливість розширити поле зору й швидше реагувати на загрози ззовні. Вони могли забезпечити важливу перевагу: бічні очі давали широку картину, а центральні — прискорене виявлення руху прямо перед тілом або у верхній частині водної товщі. Це означало швидку реакцію на наближення хижака або здобичі. Для тварин, які постійно перебували в зоні хижацького тиску, така перевага могла бути важливішою, ніж потужні щелепи або великий розмір. Логічно припустити, що еволюція мала б збільшувати кількість очей. Насправді ж ми спостерігаємо геть протилежне явище — очей у хребетних стає менше. Але чому? Розгадка в тому, що природа прибрала з голови хребетних третє й четверте око не зовсім. Еволюція взагалі ніколи не знищує структури без залишку, а переписує їх призначення. Органи можуть з’являтися, втрачати свою функцію або трансформуватися, набуваючи нових ролей.

«ТРЕТЄ ОКО»: ОРГАН, ПРО ЯКИЙ МИ МАЙЖЕ ЗАБУЛИ

Науковці припускають, що у далеких предків хребетних додаткова пара очей могла в процесі еволюції редукуватися, змінюючи свою функцію. Зважаючи на все, вони стали частиною так званого pineal complex — комплексу, що включає епіфіз (шишкоподібну залозу), який у сучасних ссавців регулює добові біоритми та реагує на світло, але не бере участі в утворенні зображень. Невидиме «третє око» у людини, про яке часто можна почути від містиків та екстрасенсів, насправді колись теж було двома звичайними повноцінними очима. Та з часом їх просто «затягнуло» вглиб мозку, і те, що виникло внаслідок цього, в науці називають тім’яним оком. Тобто «третє око» знаходиться зовсім не в точці трохи вище брів, куди його розміщують езотеричні вчення. У тваринному світі тім’яне око — досить поширене явище. Воно є, приміром, у міног, найрізноманітніших риб, амфібій та рептилій. Тім’яне око в більшості випадків «сліпе» і зображення не формує. Власне кажучи, воно вже й не око, а радше «датчик світла», який розрізняє інтенсивність і напрямок освітлення. Людині та іншим хребетним тім’яне око дісталося від дуже далеких предків, які вели переважно донний спосіб життя. У деяких риб воно й зараз реагує на рух тіней — наприклад, коли над тілом пропливає потенційний хижак.

ВІД ЧОТИРЬОХ ОЧЕЙ ДО ДВОХ — І ДАЛІ

У міру ускладнення поведінки, зміни середовища та появи інших органів чуття у більшості хребетних потреба у такому «датчику» зменшилася. Тім’яне око почало редукуватися, але не зникло повністю, перейшовши до виконання інших, не менш важливих функцій. Скажімо, таких як просторова орієнтація. Тепер воно допомагає тваринам «відчувати» положення сонця та магнітне поле Землі. У деяких видів воно регулює адаптивні зміни забарвлення або світіння тіла. Або слугує своєрідним таймером, сигналізуючи амфібіям і рептиліям, що вони занадто довго перебувають на сонці. Але найважливіша його функція пов’язана з ритмами життя — добовими та сезонними. Тім’яне око регулює линьку, міграції, періоди розмноження та інші цикли. У людини шишкоподібна залоза, вона ж епіфіз, вона ж тім’яне, або «третє око», крім іншого, виробляє мелатонін. Цей гормон допомагає нам засинати в темряві та прокидатися з першими променями сонця. Але у людини, на відміну від придонних предків, епіфіз захований глибоко в мозку і більше не «бачить» світло безпосередньо, а інформацію про освітленість отримує через посередників — наші звичайні два ока.

Вступаючи до клубу друзів Huxley, Ви підтримуєте філософію, науку та мистецтво

Приєднатися до клубу друзів

МИ ПОМІЧАЄМО ВІДЛУННЯ ДАВНИНИ Й СЬОГОДНІ

Еволюція ока — одна з найдивовижніших історій живої природи. Вивчаючи очі древніх скам’янілих істот, ми можемо знайти не тільки відповідь на запитання «як ми бачимо?», а й на запитання «чому світ виглядає саме так, як ми його сприймаємо?» Тому відкриття чотирьох очних структур у найдавніших хребетних — не просто цікавий факт, а ще одне вікно у найбільш ранні етапи еволюції складних органів наших почуттів. Колись палеонтологи вважали, що здатність формувати деталізовані зображення з’явилася у хребетних на пізніших етапах розвитку — лише після того, як виникли щелепи та спеціалізовані структури головного мозку. Тепер же зрозуміло: вже у пра-пра-пра-предків хребетних були візуальні системи, здатні збирати значну кількість інформації про навколишній світ — про еволюцію біоритмів, орієнтацію в просторі та поведінку тварин в умовах хижацького тиску. Сам факт того, що у примітивних хребетних було чотири ока, змінює наше уявлення про те, як зір виник і розвивався у тварин. Виходить, що цей процес був не лінійним, а багатоваріантним та адаптивним.

НЕВЖЕ ДАРВІН ПОМИЛЯВСЯ?

Коли у 2009 році вийшла друком книга палеонтолога Ніла Шубіна «Внутрішня риба. Історія людського тіла від найдавніших часів до наших днів», вона викликала великий резонанс. Вчений описував рибу віком 375 мільйонів років, яка мала «зап’ястя». Тобто вона випередила появу кінцівок у наземних хребетних, яких називають чотириногими. І ось тепер ще одне відкриття — у риби віком 518 мільйонів років, найдавнішого з відомих хребетних, виявилося чотири ока, здатних генерувати зображення. Подібні факти погано узгоджуються з традиційними уявленнями про еволюцію, зокрема про еволюцію очей. Свого часу Чарльз Дарвін красномовно розмірковував про поетапну еволюцію органів «найвищої складності та досконалості», використовуючи очі як головний приклад. Він припускав, що складні органи зору виникли з простіших світлочутливих структур, пройшовши безліч проміжних стадій. Однак палеонтологія показує й іншу сторону еволюції: вона призводить не лише до ускладнення. Іноді все відбувається зовсім навпаки. Печерні риби втратили очі, змії — кінцівки, птахи — зуби. Тепер до цього переліку можна додати й зникнення двох додаткових очей на маківці у наших найдавніших хребетних предків.

Оригінальне дослідження: