Ochii noștri, cei care formează imagini, ar putea proveni dintr-un singur organ fotosensibil, așezat cândva în vârful capului unui strămoș marin asemănător unui vierme. Este concluzia neobișnuită a unui nou studiu de sinteză, care rescrie o parte din povestea evoluției vederii la vertebrate.
Cercetătorii de la Lund University și University of Sussex susțin, într-un articol de tip review publicat în revista Current Biology, că linia evolutivă a vertebratelor a trecut, acum aproximativ 560 de milioane de ani, printr-un stadiu asemănător unui „ciclop”. Nu a fost vorba despre un uriaș cu un singur ochi, ci probabil despre un animal marin minuscul, cu corp moale, care se hrănea prin filtrare și avea un singur organ fotosensibil, poziționat central, în partea de sus a corpului, potrivit ZME Science.
Cum a devenit un singur ochi, doi
Pe măsură ce descendenții acestui animal au revenit la o viață activă, de înot, porțiuni ale organului central s-au extins lateral și au fost „reconvertite” în cele două retine perechi pe care le au majoritatea vertebratelor de azi. Cercetătorii au reconstituit acest scenariu combinând anatomie comparată, genele implicate în dezvoltarea ochiului, proteinele fotosensibile, modul în care sunt conectați neuronii și date despre expresia genelor la nivel de celulă individuală.
„Rezultatele sunt o surpriză. Ele răstoarnă modul în care înțelegeam evoluția ochiului și a creierului”, a declarat Dan-Eric Nilsson, biolog specializat în simțuri la Universitatea Lund și unul dintre autorii studiului, într-un comunicat de presă.
Majoritatea animalelor cu simetrie bilaterală moștenesc două mari sisteme de percepție a luminii. Unul folosește celule de tip „rhabdomeric”, cu pliuri dese, care domină ochii laterali ai insectelor, ai multor viermi și ai moluștelor. Celălalt folosește celule de tip „ciliar”, construite în jurul unei structuri modificate, asemănătoare unui fir de păr, care la multe nevertebrate se află în zona centrală a capului și monitorizează variații generale de lumină, fără să formeze imagini. Vertebratele combină, neobișnuit, ambele sisteme: bastonașele și conurile din retina noastră aparțin familiei ciliare, însă alte clase de celule din retină au rădăcini moleculare de tip rhabdomeric.
De ce a rămas doar „al treilea ochi”
Potrivit ipotezei, un strămoș deuterostom — grupul larg din care aveau să se separe ulterior vertebratele, tunicatele, lanceletele, viermii ghindă și stelele de mare — a adoptat un stil de viață lent, parțial îngropat în sediment, hrănindu-se prin filtrare. Ochii laterali, utili pentru un animal activ, și-au pierdut rostul și au dispărut. Senzorul central de lumină a rămas însă, pentru că putea în continuare să distingă ziua de noapte, să evalueze cât de expus era animalul și să îl ajute să își mențină orientarea corectă, comparând semnale primite de la receptori cu sensibilități diferite din același organ.
Nu a fost vorba despre despărțirea simplă a unui singur ochi în două. Cercetătorii propun, în schimb, că regiunile laterale ale unui organ fotosensibil compus au format cupe superficiale, au căpătat sensibilitate direcțională și s-au deplasat treptat spre părțile opuse ale capului. Lentilele și vederea de rezoluție mai mare ar fi apărut mai târziu, pe măsură ce primele vertebrate au devenit mai active, fiind nevoite să urmărească prada sau să evite obstacolele.
Acest scenariu ar explica de ce retina vertebratelor se dezvoltă drept o excrescență a creierului embrionar și de ce conține un amestec neobișnuit de linii celulare. Studiul mai propune că celulele bipolare, neuronii care transportă semnalul de la bastonașe și conuri mai adânc în retină, ar fi putut evolua din două tipuri celulare ancestrale diferite. La lampreze, glanda pineală conține circuite de detectare a luminii care seamănă cu fragmente de retină, dar rămân parțial neconectate; studii asupra expresiei genelor la zebrafish au găsit, la rândul lor, celule pineale asemănătoare bastonașelor, conurilor și celulelor ganglionare din retină.
Unele specii de vertebrate păstrează și astăzi acest „ochi median”: la unii pești, amfibieni și reptile, un organ parietal fotosensibil se află aproape de vârful craniului și comunică cu complexul pineal. La mamifere, glanda pineală s-a retras mai adânc în creier și a pierdut accesul direct la lumină; acum, ea primește semnale de la ochii obișnuiți pentru a regla eliberarea melatoninei, hormonul care pregătește organismul pentru somn după lăsarea serii, un proces relevant și pentru alte mistere genetice ale corpului uman.
Ipoteză plauzibilă, dar încă neconfirmată
Autorii studiului subliniază, în mod repetat, că reconstituirea rămâne o ipoteză, iar multe dintre etapele-cheie s-au petrecut la animale cu corp moale, care au lăsat un fond fosil incert. „Este o idee interesantă, dar verdictul final nu a fost dat”, a declarat Karthik Shekhar, biolog computațional la University of California, Berkeley, neimplicat în cercetare, într-o declarație pentru The New York Times, citată de ZME Science. Un alt coautor al studiului, neurobiologul Tom Baden de la Sussex, a precizat pentru aceeași publicație că echipa sa a început deja comparații similare la zebrafish și a cerut studii genetice și anatomice suplimentare asupra organelor pineale ale lamprezelor și ale altor vertebrate din ramuri timpurii. „Acesta este începutul, nu finalul”, a adăugat Baden. Autorii amintesc și de un model matematic realizat în 1994 de Nilsson împreună cu Susanne Pelger, care a arătat că un simplu petic de țesut fotosensibil ar putea deveni, sub presiunea selecției naturale susținute, un ochi capabil să formeze imagini, în doar câteva sute de mii de ani — un interval extrem de scurt la scară evolutivă, comparabil, ca temă a descoperirilor recente neașteptate din biologie, cu descoperirea unei specii umane necunoscute, care a trăit pe Pământ acum 300.000 de ani.
