Obserwowanie świata oczami ryb
Około 800 milionów lat temu niektóre z najwcześniejszych organizmów zaczęły wykształcać narządy, które z czasem stały się oczami. „Ówczesne proste organizmy prawdopodobnie potrzebowały po prostu informacji o tym, czy jest dzień czy noc, bądź jak na jakiej głębokości się znajdują”, wyjaśnia Tom Baden, koordynator projektu NeuroVisEco z Uniwersytetu w Sussex w Zjednoczonym Królestwie. „W rezultacie receptor melatoniny zmutował w białko – opsynę, które stanowi podstawę niemal wszystkich receptorów światła, aby umożliwić organizmom wyczuwanie światła”. Baden uważa, że siatkówka kręgowców, która po raz pierwszy wyewoluowała ponad 500 milionów lat temu, stanowi ogólny projekt, na którym opierają się oczy wszystkich widzących kręgowców. Dzięki siatkówce możliwe jest widzenie przestrzenne, czyli zdolność wyczuwania, skąd pochodzą źródła światła. Takie rozwiązanie prawdopodobnie pomagało naszym wodnym przodkom w unikaniu drapieżników oraz łapaniu zdobyczy.
Wizualizacja systemów wzrokowych
W miarę rozwoju i różnicowania kolejnych gatunków na przestrzeni milionów lat ich oczy ewoluowały, dostosowując się do różnych kontekstów i sytuacji. Jak zauważa Baden, wszystkie kręgowce posiadają oczy przypominające obiektyw aparatu fotograficznego z soczewką i siatkówką. Badacz chciał lepiej zrozumieć, jak działał wzrok naszych wczesnych przodków, aby dzięki temu uwidocznić rozwój wzroku kręgowców, w tym ludzi. Dzięki dofinansowaniu projektu NeuroVisEco ze środków Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych badacze mogli zająć się badaniem struktury i funkcji siatkówki danio pręgowanego. „Można powiedzieć, że danio pręgowany to w dużym przybliżeniu współczesna wersja naszego wczesnego rybiego przodka”, dodaje Baden, który wykorzystał technikę mikroskopii dwufotonowej oraz analizy obliczeniowe w celu badania wzroku tej ryby. Pracę badawczą dopełniły informacje i dane zgromadzone w czasie badań polowych, które polegały na rozmieszczeniu specjalnych kamer oraz światłomierzy w naturalnym środowisku wizualnym danio pręgowanych, aby zobaczyć to, co widzą ryby.
Obwody fotoreceptorów
Naukowcom udało się odkryć, że danio pręgowane rzeczywiście widzą świat inaczej niż ssaki. W przeciwieństwie do ludzi, którzy dysponują trzema receptorami kolorów, odpowiedzialnymi za czerwień, zieleń i kolor niebieski, ryby mogą pochwalić się czterema. Ten dodatkowy receptor odpowiada za ultrafiolet. Wspólnie z zespołem badacz odkrył jednak, że każdy z czterech receptorów odgrywa bardzo wyspecjalizowaną i użyteczną rolę. „Czerwone” czopki są czujnikami jasności, z kolei czopki odpowiedzialne za kolory niebieski i zielony są czujnikami koloru. Wyjątkowe dla ryb czopki odpowiedzialne za pasmo ultrafioletowe to wyspecjalizowane narządy, które pomagają danio pręgowanym w identyfikacji pokarmu. Co więcej, wszystkie procesy związane z tym działaniem zachodzą w najwcześniejszym możliwym ośrodku – synapsie wyjściowej samych fotoreceptorów. Odróżnia to ryby od ssaków, które utraciły zielone i niebieskie fotoreceptory. Baden uważa, że prawdopodobnie doszło do tego podczas mezozoiku, gdy ssaki mogły zmienić tryb życia na nocny, aby uniknąć zjedzenia przez dinozaury, w związku z czym utraciły potrzebę rozróżniania kolorów.
Znaczenie ewolucji
Współczesne ssaki widzą najczęściej dwa kolory, a ich wzrok charakteryzuje się ślepotą barw czerwono-zieloną. Grupa naczelnych, do których należą także ludzie, wyewoluowała widzenie trójkolorowe, które możliwe jest jednak dzięki mózgowi, nie zaś synapsom związanym z narządem wzroku. „Z tego, co nam wiadomo, niemal wszystkie współczesne kręgowce – ryby, płazy, gady i ptaki – nadal dysponują pełnym zakresem receptorów kolorów”, twierdzi badacz. „To ssaki są pod tym względem dziwne!” Kolejnym wyzwaniem, jakie czeka Badena i jego zespół, jest zbadanie, czy wnioski wyciągnięte na podstawie badań danio pręgowanego są reprezentatywne dla innych gatunków, które nie należą do grupy ssaków. „Badania nadal znajdują się na wczesnym etapie, jednak to właśnie w tym kierunku zamierzamy podążać”, zauważa badacz. „Aby zrozumieć, a nawet docelowo być może poprawić nasz wzrok, musimy w pierwszej kolejności zrozumieć, jak obecnie działa i dlaczego działa właśnie w ten sposób. Ewolucja pomaga nam dojść do konkretnych i sensownych wniosków”.
Słowa kluczowe
NeuroVisEco, ewolucja, siatkówka, kręgowce, danio pręgowany, wzrok, wzrokowy, fotoreceptor
