Εξέλιξη του ματιού
Η εξέλιξη του ματιού είναι ένα παράδειγμα ενός ομόλογου οργάνου που υπάρχει σε μια μεγάλη ποικιλία ταξινομικών ειδών.
Ορισμένα συστατικά του ματιού, όπως οι οπτικές χρωστικές ουσίες, φαίνεται να έχουν κοινό πρόγονο - δηλαδή εξελίχθηκαν μία φορά, πριν τα ζώα ακτινοβοληθούν.
Ωστόσο, τα πολύπλοκα μάτια που σχηματίζουν εικόνες εξελίχθηκαν περίπου 50 έως 100 φορές - χρησιμοποιώντας πολλές από τις ίδιες πρωτεΐνες και γενετικές εργαλειοθήκες για την κατασκευή τους.
Τα πολύπλοκα μάτια φαίνεται ότι πρωτοεξελίχθηκαν μέσα σε λίγα εκατομμύρια χρόνια, στην ταχεία έκρηξη της εξέλιξης που είναι γνωστή ως έκρηξη της Κάμβριας περιόδου. Δεν υπάρχουν ενδείξεις για μάτια πριν από το Κάμβριο, αλλά ένα ευρύ φάσμα ποικιλομορφίας είναι εμφανές στο Μέσο Κάμβριο Burgess Shale.
Τα μάτια παρουσιάζουν ένα ευρύ φάσμα προσαρμογών για να ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις των οργανισμών που τα φέρουν. Τα μάτια μπορεί να διαφέρουν ως προς την οξύτητά τους, το εύρος των μηκών κύματος που μπορούν να ανιχνεύσουν, την ευαισθησία τους σε χαμηλά επίπεδα φωτισμού, την ικανότητά τους να ανιχνεύουν την κίνηση ή να διαχωρίζουν αντικείμενα και το κατά πόσον μπορούν να διακρίνουν τα χρώματα.
Τα χερσαία σαλιγκάρια έχουν συνήθως δύο σειρές πλοκαμιών στο κεφάλι τους: το ανώτερο ζεύγος έχει ένα μάτι στο άκρο- το κατώτερο ζεύγος είναι για την όσφρηση.
Αυτή η αλογίνα έχει καμουφλαρισμένα μάτια
Μια αράχνη που πηδάει. Οι αράχνες έχουν πολλά μάτια.
Σημαντικά στάδια στην εξέλιξη του ματιού.
Το μάτι ενός μαλακίου: το βασιλικό κοχύλι.
Ρυθμός εξέλιξης
Τα πρώτα απολιθώματα ματιών εμφανίστηκαν κατά την κατώτερη Κάμβρια περίοδο, πριν από περίπου 540 εκατομμύρια χρόνια. Κατά την περίοδο αυτή σημειώθηκε μια έκρηξη φαινομενικά ταχείας εξέλιξης, που ονομάστηκε "έκρηξη της Κάμβριας". Ένας βιολόγος θεωρεί ότι η εξέλιξη των ματιών ξεκίνησε μια κούρσα εξοπλισμών που οδήγησε σε μια ραγδαία έξαρση της εξέλιξης.
Νωρίτερα από αυτό, οι οργανισμοί μπορεί να χρησιμοποιούσαν την ευαισθησία στο φως, αλλά όχι τη γρήγορη κίνηση και την πλοήγηση με όραση.
Είναι δύσκολο να εκτιμηθεί ο ρυθμός εξέλιξης των ματιών. Μια απλή μοντελοποίηση, υποθέτοντας μικρές μεταλλάξεις που εκτίθενται στη φυσική επιλογή, δείχνει ότι ένα πρωτόγονο οπτικό αισθητήριο όργανο που βασίζεται σε αποτελεσματικές φωτοχρωστικές ουσίες θα μπορούσε να εξελιχθεί σε ένα πολύπλοκο μάτι που μοιάζει με το ανθρώπινο σε περίπου 400.000 χρόνια.
Πρώιμα στάδια της εξέλιξης των ματιών
Οι πρώτοι αισθητήρες φωτός ήταν οι πρωτεΐνες των φωτοϋποδοχέων. Πρόκειται για οφθαλμικές κηλίδες, που απαντώνται στα πρωτόζωα. Τα μάτια μπορούν να διακρίνουν μόνο το φως από το σκοτάδι. Αυτό είναι αρκετό για τον φωτοπεριοδισμό και τον καθημερινό συγχρονισμό των κιρκάδιων ρυθμών. Δεν μπορούν να διακρίνουν σχήματα ή να καθορίσουν την κατεύθυνση από την οποία προέρχεται το φως.
Τα μάτια βρίσκονται σχεδόν σε όλες τις μεγάλες ομάδες ζώων. Το οφθαλμικό σημείο της Euglenas', που ονομάζεται στίγμα, βρίσκεται στο μπροστινό μέρος. Η κόκκινη χρωστική του σκιάζει μια συλλογή φωτοευαίσθητων κρυστάλλων. Μαζί με το μπροστινό στέλεχος, το οφθαλμικό σημείο επιτρέπει στον οργανισμό να κινείται σε απόκριση στο φως για να βοηθά στη φωτοσύνθεση και να προβλέπει τη μέρα και τη νύχτα, την πρωταρχική λειτουργία των κιρκάδιων ρυθμών.
Οι οπτικές χρωστικές βρίσκονται στον εγκέφαλο των πιο πολύπλοκων οργανισμών και πιστεύεται ότι παίζουν ρόλο στο συγχρονισμό της αναπαραγωγής με τους σεληνιακούς κύκλους. Ανιχνεύοντας τις λεπτές αλλαγές στον νυχτερινό φωτισμό, οι οργανισμοί θα μπορούσαν να συγχρονίσουν την απελευθέρωση του σπέρματος και των αυγών για να μεγιστοποιήσουν την πιθανότητα γονιμοποίησης.
Η ίδια η όραση βασίζεται σε μια βασική βιοχημεία που είναι κοινή σε όλα τα μάτια. Ο τρόπος με τον οποίο αυτή η βιοχημική εργαλειοθήκη χρησιμοποιείται για την ερμηνεία του περιβάλλοντος ενός οργανισμού ποικίλλει σε μεγάλο βαθμό. Τα μάτια έχουν ένα ευρύ φάσμα δομών και μορφών, οι οποίες έχουν εξελιχθεί αρκετά αργά σε σχέση με τις υποκείμενες πρωτεΐνες και μόρια.
Σε κυτταρικό επίπεδο, φαίνεται να υπάρχουν δύο κύρια "σχέδια" ματιών, το ένα διαθέτουν τα πρωτοστομικά (μαλάκια, σκουλήκια δακτυλιοφόρα και αρθρόποδα) και το άλλο τα δευτεροστομικά (χορδωτά και εχινόδερμα).
Το στίγμα (2) της ευγλώσσας κρύβει ένα φωτοευαίσθητο σημείο.
Σχετικές σελίδες
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Ερ: Ποιο είναι ένα παράδειγμα ομόλογου οργάνου;
A: Η εξέλιξη του ματιού είναι ένα παράδειγμα ομόλογου οργάνου που έχουν πολλά ζώα.
Ερ: Τι κάνει η οψίνη;
A: Οι οψίνες ελέγχουν τη μετατροπή των φωτονίων σε ηλεκτρικά σήματα.
Ερ: Πότε εξελίχθηκαν τα πολύπλοκα μάτια;
Α: Τα πολύπλοκα μάτια φαίνεται ότι εξελίχθηκαν για πρώτη φορά σε μερικά εκατομμύρια χρόνια, κατά την ταχεία έκρηξη της εξέλιξης που είναι γνωστή ως έκρηξη της Κάμβριας περιόδου.
Ερ: Υπάρχουν ενδείξεις για μάτια πριν από την Κάμβρια περίοδο;
Α: Δεν υπάρχουν ενδείξεις για μάτια πριν από την Κάμβρια περίοδο, αλλά πολλά μάτια μπορούν να παρατηρηθούν σε απολιθώματα από τη Μέση Κάμβρια περίοδο Burgess Shale.
Ερ: Πώς διαφέρουν τα μάτια μεταξύ των οργανισμών;
Α: Τα μάτια διαφέρουν ως προς την οξύτητά τους (ακρίβεια της όρασης), την ευαισθησία τους σε χαμηλά επίπεδα φωτισμού και την ικανότητά τους να ανιχνεύουν την κίνηση ή να αναγνωρίζουν αντικείμενα. Η ευαισθησία τους στα μήκη κύματος αποφασίζει αν μπορούν να δουν σε χρώματα και ποια χρώματα μπορούν να δουν.
Ερ: Τι ρόλο παίζει η μελανοψίνη;
Α: Η μελανοψίνη, μια οψίνη που βρίσκεται στον αμφιβληστροειδή των θηλαστικών, εμπλέκεται στους κιρκάδιους ρυθμούς και στο αντανακλαστικό της κόρης, αλλά όχι στην όραση.
Ερ: Ποιο γεγονός σηματοδοτεί το πότε άρχισαν να εξελίσσονται τα πολύπλοκα μάτια;
Α: Τα πολύπλοκα μάτια άρχισαν να εξελίσσονται κατά τη διάρκεια της ραγδαίας έκρηξης της εξέλιξης που είναι γνωστή ως Κάμβρια έκρηξη.
