ДАРВИН ОШИБСЯ С «ВНУТРЕННЕЙ РЫБОЙ»: как вместо четырех глаз мы получили третий

Photo by Petri Heiskanen on Unsplash

В большинстве книг по биологии история зрения у позвоночных начинается с двух глаз, но новое открытие заставляет переписать эту главу. Палеонтологи, изучившие уникальные ископаемые останки из Китая, обнаружили: самые древние позвоночные, жившие более 518 миллионов лет назад, обладали не двумя глазами, а четырьмя. И это не плод фантазии художника — это вывод, основанный на конкретных окаменелостях, которые буквально сохранили детали visual systems наших древнейших предков.

САМАЯ ДРЕВНЯЯ «ЧЕТЫРЕХГЛАЗКА»

Обнаруженные окаменелости принадлежат ранним бесчелюстным рыбам из семейства myllokunmingiid — одной из самых примитивных линий позвоночных, которые когда-либо плавали в океанах кембрийского периода. Это были небольшие существа, возможно, всего несколько сантиметров длиной, подобные примитивным рыбам без челюстей, но с уже развитыми сложными чертами морфологии. Тщательное изучение этих ископаемых с помощью мощного микроскопа и химического анализа выявило в черепной области не только две крупные боковые глазницы — аналогичные тем, что мы видим у подавляющего большинства животных сегодня, но и две дополнительные структуры между ними, которые соответствовали по морфологии полноценным глазам. Оба дополнительных органа содержали пигменты и структуры, характерные для функциональных глаз: пигментные зерна, аналогичные меланину, и признаки линз, способных формировать изображения, что указывает на то, что эти глаза были не просто светочувствительными участками кожи, а полноценными органами зрения. Ученые называют это открытие «потрясающим переосмыслением ранней эволюции глаза», поскольку оно показывает, как первые позвоночные могли воспринимать окружающий мир.

ХОЧЕШЬ ЖИТЬ? ЗАВЕДИ ЕЩЕ ДВА ГЛАЗА!

Кембрийский период — время так называемого кембрийского взрыва, когда на Земле стремительно развивались новые формы жизни и возникали первые сложные экосистемы. Это была эпоха, когда хищники и их жертвы ввели в биологию новую динамику давления отбора. В тогдашних водах, в процессе формирования стратегий выживания, обладание острым зрением могло стать залогом жизни. В подобных условиях четыре глаза в любом случае лучше, чем два! Дополнительные глаза давали возможность расширить поле зрения и быстрее реагировать на угрозы извне. Они могли обеспечить важное преимущество: боковые глаза давали широкую картину, а центральные — ускоренное обнаружение движения прямо перед телом или в верхней части водной толщи. Это означало быстрый отклик на приближение хищника или добычи. Для животных, постоянно находившихся в зоне хищнического давления, такое преимущество могло быть важнее, чем мощные челюсти или крупный размер. Логично предположить, что эволюция должна была наращивать количество глаз. На самом деле, мы наблюдаем прямо противоположное явление — глаз у позвоночных становится меньше. Но почему? Разгадка в том, что природа убрала с головы позвоночных третий и четвертый глаза не насовсем. Эволюция вообще никогда не уничтожает структуры без остатка, а переписывает их назначение. Органы могут появляться, терять свою функцию или трансформироваться, приобретая новые роли.

«ТРЕТИЙ ГЛАЗ»: ОРГАН, КОТОРЫЙ МЫ ПОЧТИ ЗАБЫЛИ

Ученые предполагают, что у дальних предков позвоночных дополнительная пара глаз могла в процессе эволюции редуцироваться, изменяя свою функцию. Судя по всему, они стали частью так называемого pineal complex — комплекса, включающего эпифиз (шишковидную железу), который у современных млекопитающих регулирует суточные биоритмы и реагирует на свет, но не участвует в образовании изображений. Невидимый «третий глаз» у человека, о котором часто можно услышать от мистиков и экстрасенсов, на самом деле когда-то тоже был двумя обычными полноценными глазами. Но со временем их просто «затянуло» вглубь мозга, и то, что возникло вследствие этого, в науке именуют теменным глазом. То есть находится «третий глаз» вовсе не в точке чуть выше бровей, куда его помещают эзотерические учения. В животном мире теменной глаз нередкость. Им обладают, например, миноги, самые разные рыбы, амфибии и рептилии. Теменной глаз в большинстве случаев «незрячий» и изображения не формирует. Строго говоря, он больше уже и не глаз, а скорее «датчик света», который различает интенсивность и направление освещения. Человеку и другим позвоночным теменной глаз достался от очень далеких предков, которые вели преимущественно донный образ жизни. У некоторых рыб он и сейчас реагирует на движение теней — например, когда над телом проплывает потенциальный хищник.

ОТ ЧЕТЫРЕХ ГЛАЗ К ДВУМ — И ДАЛЬШЕ

По мере усложнения поведения, изменения среды и появления других органов чувств у большинства позвоночных необходимость в таком «датчике» ослабла. Теменной глаз начал редуцироваться, но исчез не полностью, переключившись на другие, не менее важные функции. Скажем, такие как пространственная ориентация. Теперь он помогает животным «чувствовать» положение солнца и магнитное поле Земли. У некоторых видов он регулирует адаптивные изменения окраски или свечения тела. Или служит своеобразным таймером, сигнализируя амфибиям и рептилиям, что они слишком долго пребывают на солнце. Но самая важная его функция связана с ритмами жизни — суточными и сезонными. Теменной глаз регулирует линьку, миграции, периоды размножения и другие циклы. У человека шишковидная железа, она же эпифиз, она же теменной, или «третий глаз», помимо прочего, вырабатывает мелатонин. Этот гормон помогает нам засыпать в темноте и просыпаться с первыми лучами солнца. Но у человека, в отличие от придонных предков, эпифиз спрятан глубоко в мозге и больше не «видит» свет напрямую, а информацию об освещенности получает через посредников — наши обычные два глаза.

Вступая в клуб друзей Huxley, Вы поддерживаете философию, науку и искусство

Присоединиться к клубу друзей

МЫ ЗАМЕЧАЕМ ОТГОЛОСКИ ДРЕВНОСТИ И СЕГОДНЯ

Эволюция глаза — одна из самых удивительных историй живой природы. Изучая глаза древних окаменелых существ, мы можем найти не только ответ на вопрос «как мы видим?», но и на вопрос «почему мир выглядит именно так, как мы его воспринимаем?» Поэтому открытие четырех глазных структур у древнейших позвоночных — не просто любопытный факт, а еще одно окно в самые ранние этапы эволюции сложных органов наших чувств. Раньше палеонтологи считали, что способность формировать детализированные изображения появилась у позвоночных на более поздних этапах развития — лишь после того, как возникли челюсти и специализированные структуры головного мозга. Теперь же ясно: уже у пра-пра-пра-предков позвоночных были визуальные системы, способные собирать значительное количество информации об окружающем мире — об эволюции биоритмов, ориентации в пространстве и поведении животных в условиях хищнического давления. Сам факт того, что у примитивных позвоночных было четыре глаза, меняет наше представление о том, как зрение возникло и развивалось у животных. Выходит, что этот процесс был не линейным, а многовариантным и адаптивным.

НЕУЖЕЛИ ДАРВИН ОШИБАЛСЯ?

Когда в 2009 году увидела свет книга палеонтолога Нила Шубина «Внутренняя рыба. История человеческого тела с древнейших времен до наших дней», она вызвала большой резонанс. Ученый описывал рыбу возрастом 375 миллионов лет, у которой было «запястье». То есть оно предвосхитило появление конечностей у наземных позвоночных, называемых четвероногими. И вот теперь еще одно открытие — у рыбы возрастом 518 миллионов лет, самого раннего из известных позвоночных, обнаружилось четыре глаза, способных генерировать изображение. Подобные факты плохо уживаются с традиционными представлениями об эволюции, в частности об эволюции глаз. В свое время Чарльз Дарвин красноречиво рассуждал о поэтапной эволюции органов «крайней сложности и совершенства», используя глаза в качестве главного примера. Он предполагал, что сложные органы зрения возникли из более простых светочувствительных структур, пройдя множество промежуточных стадий. Однако палеонтология показывает и другую сторону эволюции: она приводит не только к усложнению. Иногда все происходит совсем наоборот. Пещерные рыбы утратили глаза, змеи — конечности, птицы — зубы. Теперь к этому перечню можно добавить и исчезновение двух дополнительных глаз на макушке у наших древнейших позвоночных предков.

Оригинальное исследование: