loader

Основен

Капки

Еволюция на човешкото око

Никоя дискусия за еволюцията не може да бъде пълна, без да се разгледа въпросът за човешкото око. Въпреки анатомично простия си външен вид, човешкото око е невероятно сложна структура. Дори в наше време, когато е натрупано голямо количество научни знания, все още трябва да се обясни пълната сложност на човешкото око. Изглежда, че колкото повече го изучаваме, толкова по-изненадваща е тази сложност, която ни изглеждаше толкова ясна и достъпна по-рано, но сега, при нов кръг от научни познания, тя остава неразбираема, както никога преди. Има много документални доказателства, че Дарвин е бил изумен от сложността на окото, въпреки факта, че е имал малко знания в сравнение със съвременната наука. И все пак, въпреки че не можеше да обясни как точно се случи това, той вярваше, че такава удивителна сложност може да се развие чрез естествен процес на еволюция. Много малки промени, избрани за предпочитани, могат да се предават и увеличават в продължение на много поколения, за да се създаде основно чудо на сложността -... като човешкото око. (Вижте структурата на човешкото око)

Многобройни преходи

Очевидно Дарвин не беше луд. Той предложи своята теория за еволюцията и основните му обяснения за постепенното развитие на сложни структури като очите убедиха повечето съвременни изследователи. И така, какво точно той предложи да обясни сложността на структури като човешкото око? Помислете за следния цитат от Дарвин:

"Умът ми казва, че ако може да се извършат постепенни преходи от просто несъвършено око към сложно и съвършено око, тогава всяко ниво на преход би било полезно за неговия собственик, както е. Ако по-нататък окото непрекъснато се променя и тези промени се наследяват, което също е е вярно и ако подобни промени са били от полза за всяко животно при променящи се условия на живот, тогава трудността да повярваме, че перфектно и сложно око може да бъде създадено чрез естествен подбор, макар и неразбираемо за нашето въображение, не би се считала за подривна. ". 1

Дарвин не успя да даде обяснение за случилото се в действителност, но той предложи последователна еволюция на човешкото око, давайки примери за различия в очите на други същества, които изглеждаха по-малко сложни. Тези разлики бяха подредени в последователен ред в прогресия от най-простите към най-сложните очи. Появи се голям брой посредници, които свързваха един вид око с друг в еволюционната скала. Някои от "по-простите" очи не са нищо повече от петно ​​от малък брой светлочувствителни клетки, слети заедно. Този тип очи са подходящи само за разграничаване на светлината от тъмнината. Не може да идентифицира изображения. Започвайки от такова просто око, Дарвин продължава да показва същества с постоянно по-сложни очи, докато сложността на човешкото око не бъде постигната..

Със сигурност този сценарий изглежда разумен. Много от теориите, които първоначално изглеждаха разумни на хартия, скоро бяха опровергани. Такива теории изискват преки експериментални доказателства, които да ги подкрепят, преди да бъдат приети за „научни“. Наистина ли сложни структури като очи са се развили в реалния живот? Както успях да разбера, няма документални доказателства, че някой е развил око или дори очно петно ​​от някакъв механизъм за подбор в същество, което преди това не е имало очи. Също така, не съм виждал документирани доказателства за еволюцията на един тип око в друг тип при нито едно същество. Мога да твърдя, че никога не е наблюдавана еволюция на очите. Разбира се, аргументът е, че подобна еволюция отнема хиляди или милиони години. Може би така, но без възможност за наблюдение и тестване, подобни предположения, макар и разумни, трябва да съдържат голяма степен на вяра..

Подробни изследвания

Необходимата вяра в подобен сценарий се увеличава още повече, когато се вземе предвид фактът, че дори едно обикновено чувствително към светлина място е изключително сложно, включващо голям брой специални протеини и протеинови системи. Тези протеини и системи са интегрирани по такъв начин, че ако дори и един липсваше, зрението щеше да спре. С други думи, за да се случи такова чудо като зрението дори в светлочувствително място, много различни протеини и системи трябва да се развиват едновременно, тъй като без тях не би имало зрение. Например първата стъпка във зрението е да се открият фотони. За да уловят фотон, специализираните клетки използват молекула, наречена 11-цис-ретинална. Когато фотонът на светлината взаимодейства с тази молекула, той променя формата си почти моментално. Тази форма сега се нарича трансретинална. Тази промяна води до промяна във формата на друга молекула, наречена родопсин. Нова форма на родопсин се нарича метарходопсин II. След това метародопсин II се свързва с друг протеин, трансдуцин, карайки го да освободи прикрепената молекула, наречена GDP, и да вземе друга молекула, GTP. Молекулата GTP-трансдузин-метародопсин II се свързва с друг протеин, наречен фосфодиестераза. Когато това се случи, фосфодиестеразата разгражда молекули, наречени cGMP. Това разцепване на cGMP намалява относителното им изобилие в клетката. Това намаляване на cGMP се възприема от йонния канал. Този йонен канал се затваря и предотвратява навлизането на натриевия йон в клетката. Това блокиране на натрия от навлизане в клетката причинява дисбаланс на заряд по клетъчната мембрана. Този дисбаланс на заряда изпраща електрически ток към мозъка. Тогава мозъкът интерпретира този сигнал и резултатът се нарича зрение. Много други протеини са необходими, за да върнат протеините и останалите споменати молекули в първоначалните им форми, за да могат да вземат друг фотон светлина и да изпратят сигнал до мозъка. Ако някой от тези протеини или молекули липсва, дори в най-основната очна система, зрението ще се провали. 2

Разбира се, възниква въпросът, как може постепенно да се развие такава система? Всички части трябва да са на мястото си едновременно. Например, каква полза би получил червей без очи, неочаквано еволюирайки протеина на 11-цис-ретината в малка група или "кръпка" от клетки на главата си? Такива клетки могат да откриват фотони, но какво от това? Каква е ползата от това за червея? Сега, да предположим, че тези клетки по някакъв начин са разработили всички протеини, от които се нуждаят, за да активират електрически заряд през мембраните си в отговор на фотон светлина, който ги удря. И какво? Каква е ползата от факта, че те имат способността да установяват електрически потенциал върху своите мембрани, ако няма нервна пътека към мозъка на червея? Какво би се случило, ако този път внезапно се развие и такъв сигнал може да бъде изпратен до мозъка на червея. И какво от това? Как червеят ще разбере какво да прави с този сигнал? Той ще трябва да се научи да разбира какво означава този сигнал. Ученето и интерпретацията са изключително сложни процеси, включващи много различни протеини в други уникални системи. Сега червеят, по време на живота си, трябва да еволюира, за да предаде тази способност на своето потомство. Ако той не прехвърли тази способност, тогава потомъкът ще трябва да се научи сам, в противен случай видението няма да му даде предимство. Всички тези прекрасни процеси изискват регулиране. Нито една от функциите не може да бъде полезна, докато не бъде регулирана (включена и изключена). Ако светлочувствителните клетки не могат да се изключат, когато са включени, зрението може да не се осъществи. Този регулаторен капацитет също е изключително сложен, като включва много протеини и други молекули, всички от които трябва да са налице, за да бъде зрението полезно. първоначално.

Но какво, ако не започнем да обясняваме произхода на първото светлочувствително "петно". Еволюцията на по-сложни очи от тази гледна точка изглежда проста... нали? Не точно. Факт е, че всеки от различните компоненти изисква уникални протеини, които изпълняват специфични функции, които трябва да бъдат кодирани от уникален ген в ДНК на това същество. Нито гените, нито протеините, които кодират, функционират сами по себе си. Съществуването на уникален ген или протеин означава, че уникална система от други гени или протеини е свързана с неговата функция. В такава система липсата дори на един системен ген, протеин или молекула означава, че цялата система става нефункционална. Предвид факта, че еволюцията на един-единствен ген или протеин никога не е била наблюдавана или реплицирана в лабораторни условия, тези привидно малки разлики изведнъж стават много важни и огромни..

Аргумент за дефектен дизайн

Ами „дизайнерските дефекти“ в човешкото око? Има добре известен аргумент за еволюцията, че интелигентният дизайнер не би създал нищо с дефекти. Еволюцията, от друга страна, като естествен процес на проби и грешки, лесно обяснява съществуването на дефекти в природния свят. Въпреки че мнозина са убедени в това доказателство, то само по себе си подсказва мотивите и възможностите на дизайнера. Подвеждащо е да се каже, че всичко създадено трябва да съответства на нашите индивидуални убеждения за високи постижения, преди да можем да дефинираме дизайна..

Някои хора могат да поставят под съмнение дизайна на картина на Пикасо, но никой не опровергава факта, че е нарисувана. Дете може да построи кола за игра на състезания с децата в съседство. Колата му може да не отговаря на ничията представа за съвършенство, но никой няма да се съмнява, че е създадена. Или можете умишлено да промените дизайна на предишен дизайнер поради вашите лични убеждения. Тази промяна е създадена от самия нов дизайнер и може да бъде възприета като такава. Въпреки че подобна промяна не е „в полза“ на цялостната функционалност или намерение на оригиналния дизайнер, трябва да се признае, че тя е дизайн. Например, ако някой реже гума на колело на автомобил с острие, би ли било по-правилно минаващият човек да предположи, че е имало еволюционен процес поради наличието на конструктивен дефект? Докато срязаната гума може да изглежда неинтуитивна, дефектът сам по себе си не изключва дизайнера. Или дизайнерските недостатъци може да са резултат от естествено разпадане, а не пример за първоначалното намерение или създаване на дизайнера. Автомобилна гума, която е изминала 50 000 мили, може да има още няколко „дефекта“ повече, отколкото когато е била произведена за първи път. Всичко се износва. Хората израстват с болки в кръста, артрит, сенилна деменция и кариес. Това ли е дизайнерски дефект или износване на дизайн, който не трае вечно? Просто казано, това, че някой обмисля по-добър дизайн или подобрение спрямо стария, не означава стария дизайн. не е създаден.

Друг проблем при идентифицирането на дизайнерските недостатъци в природата е, че не знаем цялата информация, която трябва да знаем. Това, което първоначално изглежда като дизайнерски дефект, може да бъде предимство, след като научим повече за нуждите на определена система или обект... или дизайн. Както и да е, нека разгледаме по-отблизо предполагаемите дизайнерски дефекти на човешкото око. В своята книга от 1986 г. „Слепият часовникар” известният еволюционен биолог Ричард Докинс излага този аргумент за дефект в дизайна на човешкото око:

"Всеки инженер естествено би предположил, че фотоклетките ще бъдат насочени към светлината и техните проводници ще бъдат насочени обратно към мозъка. Той ще се подиграва с всякакви предположения, че фотоклетките могат да бъдат насочени от светлината и техните проводници остават от най-близката страна до нея. И все пак, точно така се случва при всички гръбначни ретини. Всяка фотоклетка всъщност е свързана "отпред напред" и нейният проводник стърчи в посоката, най-близка до светлината. Телта трябва да се движи по повърхността на ретината до мястото, където преминава през дупка в ретината (т.нар. „сляпо петно“), за да се прикрепи след това към зрителния нерв, което означава, че светлината, вместо да преминава безпрепятствено към фотоклетките, трябва да премине през масата на свързани жици и очевидно изпитва някои отслабване и изкривяване (всъщност не много, но въпреки това това е принцип, който би обидил всеки мислещ инженер). Не очаквам точно обяснение на това странно състояние на нещата. Съответният период на еволюция се е случил толкова отдавна. "3

Фигура 1. Две местоположения на фоторецептори. Стрелките показват посоката на светлината.

Доказателството на Докинс със сигурност изглежда интуитивно. Проблемът с доверието в интуицията обаче е такъв, че самата интуиция не е научна. Изглежда, че много добре обмислени хипотези в статиите са без дефекти, но когато се тестват, се оказва, че те не функционират толкова добре, колкото се предполага. Възникват непредвидени проблеми и трудности. Новите и прогресивни решения, които не бяха споменати по-рано, станаха съществени за постигане на желаната производителност. Проблемът на Докинс не е интуитивното оправдание, а по-скоро липсата на валидност на неговата хипотеза. Може да изглежда толкова валидно, колкото иска, докато Докинс не е в състояние да тества своите предположения, за да види в действителност колко „обърнатите“ ретинални конструкции са по-добри от „неинвертираните“ за човешки нужди. Тази хипотеза остава непроверена и следователно не се подкрепя от научен метод. В допълнение към този проблем има и друг: дори Докинс да докаже научно, че обърната ретина всъщност е по-необходима за човешкото зрение, това все пак не би опровергало дизайна от научна гледна точка. Както писахме по-горе, намирането на дефекти в дизайна според собственото разбиране или нужда не доказва неверността на хипотезата, че този дефектен дизайн е създаден въпреки всичко..

Тъй като дизайнерът не е изключен от този аргумент на Докинс, натуралистичната теория на еволюцията не е автоматично подразбиране. Колкото и вярна да изглежда теорията за еволюцията, тя не се подкрепя научно без тестване. Точно това трябва да осигурят еволюционистите и точно това липсва. Силата на теорията на дизайна не се крие в способността му да демонстрира високи постижения в дизайна, а в способността му да посочи статистическата невъзможност на натуралистичния метод да обясни сложността на живота, която е очевидна в структура като човешкото око. Предполагаемите дефекти не премахват това статистическо предизвикателство за еволюционните теории. Грешката на Докинс се крие в предположението, че мисленето, знанията и мотивацията на всички дизайнери са подобни на неговото мислене, знания и мотивация. Проблемите на Докинс се задълбочават допълнително от собственото му признание, че обърнатата ретина функционира перфектно. Аргументът му не е за техническата неизправност на обърнатата ретина, а за естетиката. Обърнатата ретина не му се струва правилна, въпреки факта, че се използва от животни с най-острите зрителни системи в света (образуващи образи).

Не обърнат срещу обърнат

Най-развитите неинвертирани ретини в света са тези на октопода и калмарите (главоногите). Средната ретина на октопод съдържа 20 милиона фоторецепторни клетки. Средната човешка ретина съдържа приблизително 126 милиона фоторецепторни клетки. Това не е нищо в сравнение с птиците, които имат 10 пъти повече фоторецептори и 2-5 пъти повече конуси (конусите определят цвета) от хората. 4, 5 В ретината на човешкото око има място, което се нарича "ямка". Ямката е централно място в централната част на човешката ретина, наречена макула. В тази област хората имат много по-висока концентрация на фоторецептори, особено шишарки. Също така, кръвоносните съдове, нервните и ганглиозните клетки са разположени в него по такъв начин, че да не са разположени между източника на светлина и фоторецепторните клетки, като по този начин се елиминира дори тази незначителна намеса в директното преминаване на светлината. Това създава зона с висока зрителна острота с намалена зрителна острота към периферията на човешката ретина. Конусите в мястото (и другаде) също имат съотношение 1: 1 спрямо ганглиозните клетки. Ганглиозните клетки помагат за предварителната обработка на информацията, получена от фоторецепторите на ретината. Що се отнася до пръчките на ретината, една ганглиозна клетка получава информация от много, дори стотици пръчковидни клетки, но с конусите, чиято най-голяма концентрация е на място, ситуацията е различна. Петното предоставя информацията, необходима за максимизиране на детайлите на изображението, а информацията, получена от периферните области на ретината, помага да се осигури както пространствена, така и контекстуална информация. В сравнение с периферията, петното е 100 пъти по-чувствително към най-малките детайли от останалата част на ретината. Това позволява на човешкото око да се фокусира върху определена област в зрителното поле, без да се разсейва силно от периферното зрение. 6

Фигура 3. Структура на ретината.

Ретините на птиците, от друга страна, нямат централно петно ​​или ямка. Визуалната острота е еднаква във всички области. Ретините на октопода също нямат централно разположена ямка, но те имат това, което се нарича линеен централис. Той образува най-острия диапазон хоризонтално по ретината на октопода. Уникална характеристика на очите на октопода е, че независимо от позицията на тялото им, очите им винаги поддържат една и съща позиция спрямо гравитационното поле на Земята, използвайки органа за баланс на статоцистата. Причината за това се крие във факта, че ретината на октопода съдържа дефиниции на хоризонтални и вертикални проекции в техните зрителни полета. 7 Това е предвиденият начин за оценка на хоризонтала и вертикала. Октоподите използват тази способност не за създаване на изображение, както правят гръбначните животни, а за забелязване на модели на движение. Интересното е, че независимо от формата на обекта, октоподът реагира на специфични движения, подобни на движенията на жертвата, сякаш наистина е жертвата. Ако обаче нормалната им плячка не се движи, октоподът не реагира на липсата на движение. 8, 9 В този аспект зрението на октопода е подобно на съставните очи на насекомите. В действителност октоподното око се разглежда като сложно око с една леща. 10 В някои други отношения също е по-лесно да се обработва информация, отколкото окото на гръбначните. Фоторецепторите са изградени само от пръчки и информацията, която те предават, не преминава през никакъв вид периферна обработка от ганглиозни клетки. Очите на октопод 11 не са предназначени да възприемат най-малките детайли, а да възприемат модели и режими на движение, като по този начин елиминират необходимостта от много висока обработка, която се наблюдава в очите на хората и гръбначните животни.

Фигура 4. Централна ретинална ямка.

Фигура 5. Структура на фоторецептора (пръчки).

Всеки ден пръчките и конусите изхвърлят около 10% от сегментираните си дискове. Средният брой дискове за пръти е от 700 до 1000, за конуси - 1000-1200. 16 Това само по себе си създава нужда от метаболизъм в RPE клетките, които трябва да обработват голям брой изхвърлени дискове. За щастие, те не трябва да пътуват далеч, за да стигнат до RPE клетките, тъй като се срутват от края на фоторецептора, който е в пряк контакт с RPE клетъчния слой. Ако тези дискове се изхвърлят в обратна посока (към лещите и роговицата), високата им скорост на отделяне ще доведе до мрачно затъмняване пред фоторецепторите, което няма да се изчисти толкова бързо, колкото е необходимо, за да се поддържа високо ниво на визуална яснота. Високото ниво на обработка поддържа високо ниво на чувствителност на фоторецепторите. RPE клетките също съдържат ретинол изомераза (витамин А). Трансретиналът трябва да се превърне обратно в 11-цисретинал във визуална молекулярна каскада. С помощта на витамин А и ретинална изомераза, RPE клетките са в състояние да изпълнят тази задача, след което прехвърлят такива обновени молекули обратно към фоторецепторите. 17 Интересното е, че на RPE клетките в главоногите ретини липсва ретинална изомераза. 18 Независимо от това ретините на всички гръбначни животни притежават този важен ензим. Описаните по-горе функции изискват много енергия. И RPE клетките, както и фоторецепторните клетки, трябва да са възможно най-близо до добро кръвоснабдяване, което всъщност се наблюдава. Както подсказва името им, RPE клетките са пигментирани с много тъмно черен цвят, наречен меланин. Меланинът абсорбира разсеяната светлина, като по този начин предотвратява фалшивото отражение на фотоните и непрякото активиране на фоторецепторите. Това помага много за създаването на ясно / остро изображение на ретината. За някои гръбначни животни, като котката например, има различна система, която има отразяващ слой, който ви позволява да виждате по-добре в тъмното (шест пъти по-добре от хората), но лошо при дневно зрение. 19.

Така виждаме, че обърнатите ретини имат поне минимални, ако не и значителни ползи, базирани на нуждите на техните носители. Също така имаме доказателства, че най-добрите очи в света за откриване и интерпретиране на изображения винаги са очи с обърната ретина, която има ретинална организация. По отношение на недостатъците като цяло те нямат практическо значение в сравнение със съответните функции. Дори Докинс признава, че това неудобство е предимно естетическо. Обмислете следното изявление на Докинс:

"С едно изключение, фотоклетките на всички очи, които имам време да илюстрирам, бяха разположени пред нервите, които ги свързваха с мозъка. Това е очевидно, но не и универсално. Земният червей... вероятно съдържа своите фотоклетки от грешната страна на свързващите нерви. гръбначни очи. Фотоклетките са насочени далеч от светлината. Това не е толкова глупаво, колкото изглежда. Тъй като те са много малки и прозрачни, няма значение накъде са насочени: повечето фотони ще бъдат насочени директно и след това ще преминат през поредица от смущения, заредени с пигменти, които чака да бъде хванат. " 20.

Предполагам грешка

Твърдението, че човешкото око е доказателство за липса на грижовен дизайнер, звучи малко прекалено самоуверено според мен. Това е особено очевидно, когато се има предвид фактът, че най-добрата съвременна наука и техника не е създала дори частица от способността да се изчислява и изобразява човешкото око. Тогава как можем, без да знаем толкова много за чудесата на сложното функциониране, да се надяваме да оценим точно способността или логиката на това, което е извън нашите възможности? Как може някой, дори без приблизително разбиране на темата, която обмисля, и без дори близка възможност да създаде нещо подобно, да критикува и унижава работата, която е извън неговото разбиране? Изглежда, че шестгодишно дете се опитва да обясни на архитект как най-добре да проектира небостъргач или се опитва с детския си ум да оцени работата на професионалист, спорейки коя от къщите му е „по-добра“ от останалите. Докато Докинс или който и да е друг е в състояние да направи нещо, което дори е приблизително подобно и не е по-ниско или дори превъзхождащо по характеристики на човешкото око, бих ги посъветвал да обърнат внимание на абсурдността на усилията си да правят ценностни преценки за неща, които са извън техните граници..

Разкриващ дизайн

Ако хората някога са постигнали или надминали това ниво на креативност и гениалност и могат експериментално да докажат съществуването на действителни дефекти във функцията на човешките очи и други подобни системи, това доказателство би ли изключило съществуването на дизайнер? Не. Интуитивно, сложността, която виждаме в живите същества, свидетелства за дизайна, тъй като има очевидна проява на дизайна. Ричард Докинс признава това в заглавието на книгата си „Слепият часовникар“. За тези, които искат да предложат естествен механизъм за обяснение на сложността, тежестта на доказване не може да бъде облекчена чрез позоваване на предполагаеми „дизайнерски дефекти“. Най-доброто, което еволюционистите могат да направят, за да опровергаят теорията на дизайна, е да покаже някои реални примери за еволюция в действие, където един чисто натуралистичен механизъм действа, за да създаде относително сложна функция на взаимодействащите части. Все още трябва да го видя. В момента теорията за еволюцията е представена само въз основа на корелация и умозаключение, но не и на действителна демонстрация. И аз, като много мислещи хора, като доказателство за тази теория трябва да представя еволюцията на „невъзстановимо сложна“ система, където тази функция изисква повече от няколкостотин ясно дефинирани аминокиселинни „части“, които си взаимодействат едновременно. Например, жгутиковата бактериална подвижна система изисква няколко хиляди добре дефинирани аминокиселини под формата на две дузини отделни протеини, действащи едновременно в перфектна хармония. Разбира се, има много различни възможни бактериални подвижни системи, но всички те изискват няколко хиляди добре дефинирани аминокиселини, действащи едновременно, преди да бъде изпълнена функцията на подвижността. Никога досега не е наблюдавано да се развива такава функционална сложност чрез какъвто и да било натуралистичен процес..

Ако се вгледате внимателно в средното време, необходимо за развитието на толкова разнообразна система на функциониране, Докинс и други еволюционисти вероятно ще имат дълго чакане за експериментално потвърждение. Нищо чудно, че твърденията за хипотетични дизайнерски дефекти са толкова често срещани.

По този начин еволюционистите остават с аргумент за недостатък в дизайна - доказателство, което разчита на предполагаемо разбиране за идентичността, мотивите и възможностите на дизайнера. Подобни аргументи не доказват нищо повече от арогантността на онези, които ги използват, особено когато този, който излага тези аргументи, не може да създаде нищо, което дори отдалеч да прилича на обекта на изследване..

Scisne ?

Основна ≫ Информационна библиотека ≫ Биология ≫ Теория на еволюцията ≫ Кратка история на окото // Зайцев Александър

Кратка история на окото

Зайцев Александър

Кога и как се появи окото? През втори век биолозите спорят за произхода на зрението. Някои - следвайки Чарлз Дарвин - вярват, че всички различни зрителни органи, които срещаме при животните, могат да бъдат сведени до един прототип: един вид „първо око“. Техните противници вярват, че всички тези органи са възникнали независимо един от друг. Кой е прав? Едва през последните години мистерията постепенно се разкрива - благодарение на новите математически модели и открития на генетиците.

Евглена, стани човек!

По принцип всички органи на зрението са предназначени да улавят отделни частици светлина - фотони. Напълно възможно е дори в докамбрийския период да има организми, способни да възприемат светлината. Това може да са както многоклетъчни, така и едноклетъчни същества. Въпреки това първото животно, познато ни с визия, се появи преди около 540 милиона години. И само сто милиона години по-късно, в периода на ордовик, вече са съществували всички видове зрителни органи, познати ни днес. Просто трябва да ги подредим правилно, за да разберем тяхната еволюция..

При едноклетъчните животни - например зелена евглена - има само светлочувствително петно: „окото“. Той прави разлика между светлината, която е жизненоважна за същата евглена, тъй като без енергията на светлината в тялото й фотосинтезата не може да протече, което означава, че не се образуват органични вещества. Преди появата на тази органела - окото - едноклетъчните животни се разхождаха хаотично във водния стълб, докато не бяха случайно изложени на светлината. Евглена винаги плува само на светлина.

При първите многоклетъчни животни органите на зрението са били изключително примитивни. И така, при много морски звезди отделни светлочувствителни клетки са разпръснати по цялата повърхност на тялото. Тези животни са в състояние да различават само светло и тъмно. Виждате преминаваща сянка - хищник? - бързат да се заровят в пясъка.

При някои животни чувствителните към светлина клетки бяха групирани под формата на "очно петно". Сега беше възможно, макар и много грубо, да се прецени от коя страна се движи хищникът. Преди повече от петстотин милиона години при медузите се появяват очни петна. Този орган на зрението им позволява да се ориентират в космоса, а медузи населяват открито море. Такива петна помагат на земните червеи да се скрият от светлината в земята..

Следващата стъпка в еволюцията на окото се демонстрира от цилиарни червеи. В предната част на тялото им има две симетрични петна: всяко от тях има до хиляда светлочувствителни клетки. Тези петна са потопени наполовина в пигментната чаша. Светлината пада само върху горната половина на петна, непокрити от пигмента и това позволява на животното да определи къде е източникът на светлина. Ако желаете, можете да наречете цилиарния червей "животно с две очи".

Постепенно очното петно ​​се притиска още по-дълбоко в епитела. Оформен жлеб - "чаша за очи". Например речните охлюви имат подобен орган на зрение. Чувствителността му осезаемо зависи от посоката на погледа. Охлювът обаче вижда всичко около себе си като размазано, сякаш гледа през матирано стъкло..

Зрителната острота се увеличава, когато външният отвор на окото се стеснява. И така, имаше око с точна зеница, наподобяващо камера-обскура. Мекотелото наутилус, роднина на отдавна изчезнали амонити, гледа света. Дебелината на окото на наутилуса е около сантиметър. Ретината му съдържа до четири милиона светлочувствителни клетки. Този орган на зрението обаче улавя твърде малко светлина. Следователно светът за Nautilus изглежда мрачен.

И така, на някакъв етап еволюцията доведе до появата на два различни органа на зрението. Единият - нека го наречем „окото на оптимиста“ - направи възможно да се види всичко в ярки цветове, но очертанията на предметите бяха неясни, неясни, неясни. Другият - „окото на песимиста“ - видя всичко в черно; светът изглеждаше груб, счупен, рязко очертан. От него идва нашето човешко око.

По-късно над зеницата расте прозрачен филм; предпазва го от мръсотия и същевременно променя своята пречупваща сила. Сега все повече и повече светлинни частици навлизат в окото, до неговите светлочувствителни клетки. Така се появява първата примитивна леща. Той фокусира светлината. Колкото по-голяма е лещата, толкова по-остро е зрението. За собственика на такъв орган на зрението - а именно той е наречен „окото“ - светът наоколо става светъл и отчетлив.

Окото се оказа толкова съвършен орган на зрението, че природата го „измисли“ два пъти: то се появи при главоноги, а по-късно и при нас, гръбначни животни, и при двете групи животни изглежда различно и се развива от различни тъкани: при мекотели - от епител, а при хората ретината и стъкловидното тяло възникват от нервната тъкан, а лещата и роговицата - от епитела.

Добавяме, че насекомите, трилобитите, ракообразните и някои други безгръбначни са образували сложно - фасетирано - око. Състоеше се от много отделни окели - оматидии. Окото на водно конче съдържа например до тридесет хиляди от тези очи.

Време е да направите бележка в полетата. В книгата си „Произходът на видовете чрез естествен подбор“ Чарлз Дарвин нарича окото „орган с необикновено съвършенство и сложност“ и именно това го обърква. Възможно ли е „огледалото на света“, което винаги носим със себе си, да е възникнало от парче кожа, осеяно със светлочувствителни клетки - като тези, с които е надарен глист? Дарвин призна, че тази хипотеза му се струва „изключително абсурдна“. И противниците на еволюционната теория и до днес цитират окото като пример - несъответствието на нейните закони за еволюция. Как може - по чист случай - кожата да се превърне в най-сложния орган на сетивата?

Те обаче грешат. Така че, разглеждайки няколко пръчки, изтеглени за преброяване от дивак, и разглеждайки най-сложните уравнения на висшата математика, едва ли можете да си представите, че „едното е дошло от другото чрез дълга еволюция“. Но точно такъв е случаят. Така че в природата, след като разгледахме нейните притежания, открихме собствениците на най-разнообразните зрителни органи. Те ни помогнаха, макар и много схематично, да разберем как се развива зрението, как се раждат всички негови нови органи. Какво добавят последните изследвания към тази схема??

Половин милион години за цялата еволюция?

Шведските биолози Дан-Ерик Нилсон и Сузане Пелгер от университета в Лунд симулират историята на еволюцията на окото на компютър. В този модел всичко започна с появата на тънък слой клетки, които са чувствителни към светлина. Над него лежеше прозрачен плат, през който проникваше светлина; под него има непрозрачен слой плат.

Отделни, незначителни мутации могат да променят например дебелината на прозрачния слой или кривината на фоточувствителния слой. Случиха се случайно. Учените само въведоха правило в своя математически модел: ако мутацията подобри качеството на изображението с поне един процент, то тя беше фиксирана в следващите поколения.

В крайна сметка „визуалният филм“ се превърна в „мехурче“, напълнено с прозрачно желе, а след това в „рибешко око“, снабдено с истински обектив. Нилсън и Пелгер се опитаха да преценят колко дълго може да продължи такава еволюция и те избраха най-лошия и най-бавен вариант за развитие. Все пак резултатът беше сензационен. Кратката история на окото беше само... малко над половин милион години - миг за планетата. През това време са заменени 364 хиляди поколения животни, надарени с различни междинни видове зрителни органи. Чрез естествен подбор природата „тества“ всички тези форми и избра най-доброто - око с леща.

Задачата, както се оказа, беше лесна.

Такъв модел ясно доказва, че веднага щом първите примитивни организми са открили самата възможност за „отпечатване“ на света - незабавно копиране на местоположението на заобикалящите ги обекти и тяхната форма с един от техните органи - този орган започва да се усъвършенства, докато достигне най-високата форма на развитие. Историята на окото всъщност беше кратка; това беше „мълниеносна война“ за способността да „видим всичко в истинската му светлина“. Победителите включват всички - хора, риби, насекоми, охлюви и дори евглена, понякога по-добра от нас, "амбивалентна", като се прави разлика къде е черно и къде е бяло.

Моделът на шведските учени се вписва добре в „ревизията на биологичните етапи“, която се проведе наскоро в науката (вж. „Знанието е сила“, 2002, № 1). Намеренията на вкаменелости, които познаваме, показват - и вече споменахме това - че еволюцията на органите на зрението е продължила сто милиона години. По всяка вероятност всичко се е случило много по-бързо и в Книгата на живота, която биолозите са прочели, много страници все още липсват.

Този математически модел, както и генетичните открития, ни убеждават, че разликите между известните видове зрителни органи не са толкова големи, колкото изглеждаше преди. „Уверихме се, отбелязва германският биолог Кристоф Кампенхаузен, че различни видове зрителни органи възникват поради незначителни промени в генома: някои гени се активират, други се изключват“.

Например, германският биолог Валтер Геринг установява, че ген, наречен Pax-6, формира органите на зрението при хората, мишките и плодовите мухи дрозофила. Ако има дефект, окото изобщо не се развива или остава в зародиш. На свой ред, когато генът Pax-6 беше вмъкнат в определени части на генома, животното придоби допълнителни очи.

Експериментите показват, че генът Pax-6 е отговорен само за развитието на органите на зрението, а не за техния тип. И така, с помощта на ген, принадлежащ на мишка, ученият задейства механизма за развитие на очите при дрозофила и те имат допълнителни зрителни органи - също фасетирани - на краката, крилата и антените. „С тяхна помощ насекомите също могат да възприемат светлината - казва Уолтър Геринг, - в края на краищата нервните окончания се простират от допълнителни зрителни органи до съответната част на мозъка“.

По-късно същият генетик успя да отгледа допълнителни очи върху главата на жабата, като манипулира гена Pax-6, взет от дрозофилата. Неговите колеги откриха същия ген при жаби, плъхове, пъдпъдъци, пилета и морски таралежи. Изследването на гена Pax-6 показва, че всички познати ни зрителни органи могат да възникнат поради генетични мутации на едно и също „първо око“.

Има обаче и други мнения. В края на краищата, например, медузите нямат гена Pax-6, въпреки че имат зрителни органи. Може би този ген е започнал да контролира развитието на зрителния апарат само на някакъв етап от еволюцията. Ето какво D.-E. Нилсън: „В протозоите генът Pax-6 е отговорен за образуването на предната част на тялото и тъй като той е най-подходящ за приспособяване на сетивата, този ген по-късно става отговорен за развитието на органите на зрението.“.

Останалото е известно. Минаха сто милиона години, а може би петдесет, а може би дори по-малко... Или дори само половин милион години! Е, говорихме за това и очите ни са дар от древни едноклетъчни организми? - ще потвърди, че на горната страница е написано "черно на бяло". Просто трябва да надникнете!

Как животните виждат света?

Как изглежда светът? За всяко живо същество е различно! За мишката, както и за нас, доматите пламват с апетитен червен цвят. За котка, безразлична към тях, това са скучни сиви израстъци, събиращи прах сред листата. Как можете да ги ядете??

Защо всичко около котката е сиво?

Всички цветове избледняват със залеза. Нищо чудно, че старата мъдрост казва: „През нощта всички котки са сиви“. В беззвездния мрак очертанията на ръцете се топят и размиват, не можете да видите кутия кибрит, вдигната до очите ви... Къде можем да видим котките, които се прокрадват в крайпътните храсти? Но те могат да ни видят изцяло.

Котките, като всеки нощен хищник, виждат добре на тъмно. На тъмно зениците им се разширяват значително, достигайки диаметър 14 милиметра. При хората диаметърът на зеницата не надвишава осем милиметра. Това означава, че котката се нуждае от много по-малко светлина от човек, за да прави разлика между предмети и други животни..

Освен това котешкото око е проектирано по различен начин. В нейната дълбочина, зад ретината, има специален отразяващ слой - Tapetum lucidum. Той хвърля светлина в очите на котката. Ето защо очите на котката светят в тъмно в жълто или зелено. Благодарение на тази функция зрителните клетки, разположени на ретината на очите й, получават двойно повече светлина..

През летен ден, когато всичко е наводнено с ярка светлина, зениците на котката рязко се стесняват, превръщайки се в тънки процепи. В крайна сметка изобилието от светлина може да увреди чувствителните клетки на ретината. Така че очите на котката са добре защитени от пряка слънчева светлина. Ето защо нейните роднини - гепарди, каракали, манули - живеят и ловуват в пустинята..

В човешкото око има два вида светлочувствителни клетки: пръчки и конуси. Пръчките правят разлика между тъмно и светло. Благодарение на тях виждаме поне нещо през нощта. Конусите възприемат цвета. Котката има същите два вида клетки. Но ако човек има четири пръчки за един конус, тогава мъркането има двадесет и пет! Ето защо котките могат да виждат цветовете много по-зле от нас. Така че, червеното е напълно недостъпно за тях. Светът на котката изглежда избледнял и блед. Научната мъдрост казва: „През деня всичко около котката е сиво“. Само определени цветове - например синьо - осветяват хоризонта й.

Всъщност защо котката се нуждае от преливащи цветове? Неговата първична плячка - мишка или врабче - е еднакво годна за консумация, независимо с какви цветове Природата рисува перата и вълната. Да и не, този избор на цветове: преобладават сивите и кафявите тонове.

Но за хората, както и за мишките, цветното зрение често е животоспасяващо. Червен домат може да се яде; зеленото е негодно за консумация. Златното зърно е узряло; зелено не.

Какво виждат пчелите в облачен ден?

Пчелите, подобно на котките, не забелязват червения цвят: за тях той е същият като черния. Ботаниците отдавна са забелязали, че червените цветя са сравнително редки в природата и се опрашват от пеперуди. Оказва се, че белите, жълтите и сините тонове са привлекателни за пчелите. Техният свят обаче е оцветен по различен начин от нашия.

В крайна сметка хората също са до голяма степен слепи. Гамата от цветове, достъпни за пчелите, е по-широка от нашата. Те виждат ултравиолетова светлина. Много цветя, които ни се струват бели, се появяват пред пчелите в различен облик. За тях сред монотонно бледите венчелистчета проблясват ярко синьо-виолетови шарки, указващи къде да се търси нектар. Ето как лесно можем да различим узряла лилава слива сред зелената зеленина..

За грабливите птици способността да виждат ултравиолетова светлина е добра и по друга причина. Това им помага да намерят плячка. В края на краищата малките гризачи маркират своята територия с поток урина и тя свети с ултравиолетова светлина. Ястребът лесно забелязва тези странни отпечатъци, оставени от мишката близо до жилището. Той ходи от една цветна марка до друга, докато намери нещастен собственик..

Прилича ли орелът на пуантилист?

Зрението на птиците е феноменално. Така че хвърчило от височина 2000 метра ще забележи мърша, лежаща на земята. Очите на граблива птица с право могат да се нарекат уникален бинокуляр.

Очите на птицата са подредени по различен начин от нашите. Човек има „жълто петно“ в средата на очното дъно. Тук клетките са най-чувствителни към светлина. Това е областта на най-острото зрение. В нашето око има само едно жълто петно, но птиците имат две. Те могат еднакво добре да виждат два обекта наведнъж, разположени настрани един от друг. И така, млечницата в същия момент може да гледа внимателно червея, когото е възнамерявал да хване, и котката, която се прокрадва към него.

Второто "жълто петно" лежи малко по-дълбоко от първото. Той увеличава обекта, който птицата гледа. Ето защо птицата има бинокъл очи. Нищо чудно, когато искаме да похвалим нечие зрение, казваме, че „този човек има орел зрение“.

Между другото, плътността на светлочувствителните клетки в самия орел на ретината е много по-висока, отколкото при хората. Следователно картината, която вижда орелът, е много по-ясна и детайлна от тази, която виждаме. Ако той небрежно хвърли поглед към корицата на нашето списание, ще му се струпа купчина цветни точки. Разбира се, при много голямо увеличение ще видим същото нещо: точки, точки, точки, както на картина от художник-пуантилист. Сега си представете, че списанието е на няколко метра от вас и все още забелязвате всяка точка поотделно. Невъзможен? Но така вижда орелът!

Кой може да се сравни с орела?

Ако приемем, че зрителната острота на орела е 100 процента, тогава човешкото зрение е само 52 процента от зрението на орела. Но какви са способностите на някои други животински видове:

октопод - 32 процента от зрението на орела;
скачащ паяк - 9 процента;
котка - 7 процента;
златни рибки - 5 процента;
плъх - 0,7 процента;
плодова муха - 0,07 процента;
planaria (ресничест червей) - 0,009 процента.

Хрътките четат ли списанието „Знанието е сила“?

Зрителната острота също е свързана с това колко добре окото може да вижда обекти, разположени на различни разстояния. За това той се „адаптира“ към тях. Този имот се нарича настаняване. При хората, подобно на други бозайници, кривината на лещата се променя. Когато гледаме обект, който лежи близо, лещата се огъва повече и това променя своята пречупваща сила или оптична сила. Измерете тази способност в диоптри.

Младежът лесно премества погледа си от близкия фон на фона. Лещата на окото му е много еластична и променя своята пречупваща сила с 14 диоптъра. Но любимото му куче е лишено от този талант. При нея оптичната сила на лещата може да се увеличи само с един диоптър. С такива естествени наклонности можете да виждате добре или на разстояние от себе си, или директно пред себе си. И така, далекогледни кучета. Ако те знаеха как да разберат значението на нашите тайни икони - букви, те никога нямаше да могат да прочетат нашето списание. Линиите се сливат за тях в едно тъмно петно.

Котките също са в състояние най-добре да различават предмети, които са встрани от тях. Те виждат особено добре на разстояние от два до шест метра. Много е удобен за лов на птици или мишки. На това разстояние котката все още може да се промъкне на плячката си и да я наблюдава отблизо, така че по-късно, използвайки момента, да се втурне и да я грабне.

Лещата на окото на корморана е особено изненадваща. Оптичната му мощност се променя с 50 диоптъра. Следователно корморанът може да вижда еднакво добре във въздуха и под водата..

Завръщането на червеното

Повечето бозайници не правят разлика между червено и зелено. Те отдавна са загубили тази способност, присъща на птиците, рибите и влечугите. В крайна сметка техните далечни предци, обитавали планетата едновременно с динозаврите, заемали специална екологична ниша: те започнали да водят нощен начин на живот. През студените нощи телесната температура на динозаврите спадна рязко, както и тяхната активност. От друга страна, топлокръвните бозайници, по-близо до полунощ, се измъкнаха от дупките и приютите си и, осмелени, се скитаха в търсене на храна. Те платиха за тази свобода със зрителни дефекти. Не им пукаше как е боядисана плячката. Техният свят беше сив, черен, белезникав, но не и пъстър..

Въпреки това маймуните, подобно на хората, отново започват да различават червените и зелените тонове. В опит да обяснят тази „регресия“ на зрението, учените отдавна предполагат, че цветното зрение помага на маймуните да различават зрелите плодове от незрелите. Не всички плодове обаче, когато узреят, стават червени..

Наскоро биолозите Натаниел Домини и Питър Лукас от университета в Хонг Конг изложиха различна теория, която много от техните колеги харесаха. В африканските гори Домини и Лукас наблюдават как шимпанзетата и други маймуни се хранят с листа. Обикновено избират млади листа, нежни, хранителни, лесно смилаеми от тялото - и обикновено оцветени в червеникав оттенък. Може би точно това меню е научило поколения примати да различават червеното. Любопитно е, че в горите на Южна Америка младите листа по дърветата рядко имат червеникав оттенък, а местните маймуни, подобно на други бозайници, не правят разлика между червено и зелено.!

Еволюция на органа на зрението

Въпреки анатомично простия си външен вид, човешкото око е невероятно сложна структура. Дори в наше време, когато е натрупано голямо количество научни знания, все още трябва да се обясни пълната сложност на човешкото око. Изглежда, че колкото повече го изучаваме, толкова по-изненадваща е тази сложност, която преди ни се струваше толкова ясна и достъпна, но сега, при нов кръг от научни познания, тя остава по-неразбираема от всякога.

Идеята, че живите същества се променят с времето, беше изразена от много много преди Чарлз Дарвин. Сред ранните еволюционисти беше не само Ламарк, но и дядото на Дарвин, Еразъм. Тези идеи обаче не можеха да станат доминиращи в науката, тъй като зад тях нямаше рационалистично обяснение на механизма на еволюцията. Ламарк поставя известен стремеж към съвършенство, заложен във всичко живо - специална същност, която той нарича принцип на градация. Дарвин, от друга страна, намери механистично обяснение на процеса на промяна на органичния свят и се оказа много просто и разбираемо за образованата общественост от онова време - естествен подбор.

Има много документални доказателства, че Дарвин е бил поразен от сложността на окото, въпреки факта, че в сравнение със съвременната наука той е имал малко знания. И все пак, въпреки че не можеше да обясни как точно се случи това, той вярваше, че такава удивителна сложност може да се развие чрез естествен процес на еволюция. Много малки промени, избрани като преференциални, могат да се предават и увеличават в продължение на много поколения, за да се създаде основно чудо на сложността като човешкото око..

Очевидно Дарвин не беше луд. Той предложи своята теория за еволюцията и основните му обяснения за постепенното развитие на сложни структури като очите убедиха повечето съвременни изследователи. И така, какво точно той предложи да обясни сложността на структури като човешкото око? Помислете за следния цитат от Дарвин:

Умът ми казва, че ако може да има постепенни преходи от просто несъвършено око към сложно и перфектно, тогава всяко ниво на преход би било полезно за неговия собственик, както е. Ако по-нататък окото непрекъснато се променя и тези промени се наследяват, което също е вярно и ако такива промени са били от полза за всяко животно при променящи се условия на живот, тогава е трудно да се повярва, че перфектно и сложно око може да бъде създадено чрез естествен подбор, въпреки че това е неразбираемо за нашето въображение, не би се разглеждало като подривна теория.

Дарвин не успя да даде обяснение за случилото се в действителност, но той предложи последователна еволюция на човешкото око, давайки примери за различия в очите на други същества, които изглеждаха по-малко сложни. Тези разлики бяха подредени в последователен ред в прогресия от най-простите към най-сложните очи. Появи се голям брой посредници, които свързват един вид око с друг в еволюционната скала..

Някои от "по-простите" очи не са нищо повече от петно ​​от малък брой светлочувствителни клетки, събрани заедно. Този тип очи са подходящи само за разграничаване на светлината от тъмнината. Не може да идентифицира изображения. Започвайки от такова просто око, Дарвин продължава да показва същества с постоянно по-сложни очи, докато сложността на човешкото око не бъде постигната..

Със сигурност този сценарий изглежда разумен. Много от теориите, които първоначално изглеждаха разумни на хартия, скоро бяха опровергани. Такива теории изискват преки експериментални доказателства, които да ги подкрепят, преди да бъдат приети за „научни“. Наистина ли сложни структури като очи са се развили в реалния живот? Няма документални доказателства, че някой е развил око или дори очно петно ​​от някакъв механизъм за подбор в същество, което преди това не е имало очи. Също така, няма документирани доказателства за еволюцията на един тип око в друг тип при което и да е същество, никога не е наблюдавано развитие на очите. Разбира се, аргументът е, че подобна еволюция отнема хиляди или милиони години. Може би така, но без възможност за наблюдение и тестване, подобни предположения, макар и разумни, трябва да съдържат голяма степен на вяра..

Необходимата вяра в подобен сценарий се увеличава още повече, когато се вземе предвид фактът, че дори едно обикновено чувствително към светлина място е изключително сложно, включващо голям брой специални протеини и протеинови системи. Тези протеини и системи са интегрирани по такъв начин, че ако дори и един липсваше, зрението щеше да спре. С други думи, за да се случи такова чудо като зрение дори в светлочувствително място, много различни протеини и системи трябваше да се развиват едновременно, защото без тях нямаше да има зрение..

Например първата стъпка във зрението е да се открият фотони. За да уловят фотона, специализираните клетки използват молекула, наречена 11-цис-ретинална. Когато фотонът на светлината взаимодейства с тази молекула, той променя формата си почти моментално. Тази форма сега се нарича "транс ретинална". Тази промяна води до промяна във формата на друга молекула, наречена родопсин. Нова форма на родопсин се нарича метарходопсин II. След това метародопсин II се свързва с друг протеин, трансдуцин, карайки го да освободи прикрепената молекула, наречена GDP, и да вземе друга молекула, GTP.

Молекулата GTP-трансдузин-метародопсин II се свързва с друг протеин, наречен фосфодиестераза. Когато това се случи, фосфодиестеразата разгражда молекули, наречени cGMP. Това разцепване на cGMP намалява относителното им изобилие в клетката. Това намаляване на cGMP се възприема от йонния канал. Този йонен канал се затваря и предотвратява навлизането на натриевия йон в клетката. Това блокиране на натрия от навлизане в клетката причинява дисбаланс на заряд по клетъчната мембрана. Този дисбаланс на заряда изпраща електрически ток към мозъка. Тогава мозъкът интерпретира този сигнал и резултатът се нарича зрение. Много други протеини са необходими, за да върнат протеините и останалите споменати молекули в първоначалните им форми, за да могат да вземат друг фотон светлина и да изпратят сигнал до мозъка. Ако някой от тези протеини или молекули липсва, дори в най-основната очна система, зрението ще се провали..

Разбира се, възниква въпросът как може постепенно да се развива такава система?

Всички части трябва да са на мястото си едновременно. Например, каква полза би имал един червей без око от неочаквано еволюиране на протеина на 11-цис-ретината в малък клъстер или „кръпка“ от клетки на главата си? Такива клетки могат да откриват фотони, но какво от това? Каква е ползата от това за червея?

Сега, да предположим, че тези клетки по някакъв начин са разработили всички протеини, от които се нуждаят, за да активират електрически заряд през мембраните си в отговор на фотон светлина, който ги удря. И какво? Каква е ползата от факта, че те имат способността да установяват електрически потенциал върху своите мембрани, ако няма нервна пътека към мозъка на червея? Какво би се случило, ако този път внезапно се развие и такъв сигнал може да бъде изпратен до мозъка на червея. И какво от това? Как червеят ще разбере какво да прави с този сигнал? Той ще трябва да се научи да разбира какво означава този сигнал. Ученето и интерпретацията са изключително сложни процеси, включващи много различни протеини в други уникални системи. Сега червеят, по време на живота си, трябва да еволюира, за да предаде тази способност на своето потомство. Ако той не прехвърли тази способност, тогава потомъкът ще трябва да се научи сам, в противен случай зрението няма да му даде предимство..

Всички тези прекрасни процеси изискват регулиране. Нито една от функциите не може да бъде полезна, докато не бъде регулирана (включена и изключена). Ако светлочувствителните клетки не могат да се изключат, когато са включени, зрението може да не се осъществи. Този регулаторен капацитет също е изключително сложен, като включва много протеини и други молекули, всички от които трябва да са налице, за да бъде зрението полезно. първоначално.

Но какво, ако не започнем да обясняваме произхода на първото чувствително на светлина „петно“. Еволюцията на по-сложните очи от тази гледна точка изглежда проста, нали? Не точно.

Факт е, че всеки от различните компоненти изисква уникални протеини, които изпълняват специфични функции, които трябва да бъдат кодирани от уникален ген в ДНК на това същество. Нито гените, нито протеините, които кодират, функционират сами по себе си. Съществуването на уникален ген или протеин означава, че уникална система от други гени или протеини е свързана с неговата функция. В такава система липсата дори на един системен ген, протеин или молекула означава, че цялата система става нефункционална. Предвид факта, че еволюцията на един-единствен ген или протеин никога не е била наблюдавана или реплицирана в лабораторни условия, тези привидно малки разлики изведнъж стават много важни и огромни..

Дефекти в дизайна

Ами „дизайнерските дефекти“ в човешкото око? Има добре известен аргумент за еволюцията, че интелигентният дизайнер не би създал нищо с дефекти. Еволюцията, от друга страна, като естествен процес на проби и грешки, лесно обяснява съществуването на дефекти в природния свят. Въпреки че мнозина са убедени в това доказателство, то само по себе си подсказва мотивите и възможностите на дизайнера. Подвеждащо е да се каже, че всичко създадено трябва да съответства на нашите индивидуални убеждения за високи постижения, преди да можем да дефинираме дизайна..

Друг проблем при идентифицирането на дизайнерските недостатъци в природата е, че не знаем цялата информация, която трябва да знаем. Това, което първоначално изглежда като недостатък в дизайна, може да се окаже предимство, след като научим повече за нуждите на определена система или обект. Както и да е, нека разгледаме по-отблизо предполагаемите дизайнерски дефекти на човешкото око. В своята книга от 1986 г. „Слепият часовникар“ известният еволюционен биолог Ричард Докинс излага този аргумент за дефект в дизайна на човешкото око:

Всеки инженер естествено би предположил, че фотоклетките ще сочат към светлината, а жиците им ще сочат обратно към мозъка. Той би се подиграл на всяко предположение, че фотоклетките могат да бъдат насочени далеч от светлината, оставяйки проводниците им от страната, която е най-близо до тази светлина. И все пак, точно така се случва във всички гръбначни ретини. Всяка фотоклетка всъщност е свързана отпред отпред с нейната жица, стърчаща към страната, която е най-близо до светлината. Телът трябва да се движи по повърхността на ретината до точката, където преминава през дупка в ретината (наречена „сляпо петно“), за да се присъедини към зрителния нерв. Това означава, че светлината, вместо да премине през фотоклетките без препятствия, трябва да преодолее масата на свързаните проводници и очевидно претърпява известно затихване и изкривяване (всъщност не много, но въпреки това, това е принцип, който би обидил всеки мислещ инженер). Не очаквам точно обяснение на това странно състояние на нещата. Съответният период на еволюция се е случил толкова отдавна.

Доказателството на Докинс със сигурност изглежда интуитивно. Проблемът на Докинс не е интуитивното оправдание, а по-скоро липсата на валидност на неговата хипотеза. Може да изглежда толкова валидно, колкото иска, докато Докинс не успее да тества своите предположения, за да види в действителност как "обърнат" дизайн на ретината е по-добър от "неинвертиран" дизайн на ретината за човешки нужди. Тази хипотеза остава непроверена и следователно не се подкрепя от научен метод. В допълнение към този проблем има и друг: дори ако Докинс беше доказал научно, че обърнатата ретина всъщност е по-необходима за човешкото зрение, това пак не би опровергало дизайна от научна гледна точка..

Силата на теорията на дизайна не се крие в способността му да демонстрира високи постижения в дизайна, а в способността му да посочи статистическата невъзможност на натуралистичния метод да обясни сложността на живота, която е очевидна в структура като човешкото око. Предполагаемите дефекти не премахват това статистическо предизвикателство за еволюционните теории. Грешката на Докинс се крие в предположението, че мисленето, знанията и мотивацията на всички дизайнери са подобни на неговото мислене, знания и мотивация. Проблемите на Докинс се задълбочават допълнително от собственото му признание, че обърнатата ретина функционира перфектно. Аргументът му не е за техническата неизправност на обърнатата ретина, а за естетиката. Обърнатата ретина не му се струва правилна, въпреки факта, че се използва от животни с най-острите зрителни системи в света (образуващи образи).

Не обърнат срещу обърнат

Най-развитите неинвертирани ретини в света са тези на октопода и калмарите (главоногите). Средната ретина на октопод съдържа 20 милиона фоторецепторни клетки. Средната човешка ретина съдържа приблизително 126 милиона фоторецепторни клетки. Това не е нищо в сравнение с птиците, които имат 10 пъти повече фоторецептори и 2-5 пъти повече конуси от хората..

В ретината на човешкото око има място, наречено "фовея". Ямката е централно място в централната част на човешката ретина, наречена макула. В тази област хората имат много по-висока концентрация на фоторецептори, особено шишарки. Също така, кръвоносните съдове, нервните и ганглиозните клетки са разположени в него по такъв начин, че да не са разположени между източника на светлина и фоторецепторните клетки, като по този начин се елиминира дори тази незначителна намеса в директното преминаване на светлината. Това създава зона с висока зрителна острота с намалена зрителна острота към периферията на човешката ретина..

Конусите в мястото (и другаде) също имат съотношение 1: 1 спрямо ганглиозните клетки. Ганглиозните клетки помагат за предварителната обработка на информацията, получена от фоторецепторите на ретината. Що се отнася до пръчките на ретината, една ганглиозна клетка получава информация от много, дори стотици пръчковидни клетки, но с конусите, чиято най-голяма концентрация е на място, ситуацията е различна. Петното предоставя информацията, необходима за максимизиране на детайлите на изображението, а информацията, получена от периферните области на ретината, помага да се осигури както пространствена, така и контекстуална информация. В сравнение с периферията, петното е 100 пъти по-чувствително към най-малките детайли от останалата част на ретината. Това позволява на човешкото око да се фокусира върху определена област в зрителното поле, без да се разсейва силно от периферното зрение..

Ретините на птиците, от друга страна, нямат централно петно ​​или ямка. Визуалната острота е еднаква във всички области. Ретините на октопода също нямат централно разположена ямка, но те имат това, което се нарича линеен централис. Той образува най-острия диапазон хоризонтално по ретината на октопода. Уникална характеристика на очите на октопода е, че независимо от положението на тялото им, очите им винаги поддържат една и съща позиция спрямо гравитационното поле на Земята, използвайки органа за баланс на статоцистата.

Причината за това се крие във факта, че ретината на октопода съдържа дефиниции на хоризонтални и вертикални проекции в техните зрителни полета. Това е предвиденият начин за оценка на хоризонтала и вертикала. Октоподите използват тази способност не за създаване на изображение, както правят гръбначните животни, а за забелязване на модели на движение. Интересното е, че независимо от формата на обекта, октоподът реагира на специфични движения, подобни на движенията на жертвата, сякаш наистина е жертвата. Ако обаче нормалната им плячка не се движи, октоподът не реагира на липсата на движение. В този аспект зрението на октопода е подобно на сложните очи на насекомите..

В действителност октоподното око се разглежда като сложно око с една леща. В някои други отношения също е по-лесно да се обработва информация, отколкото окото на гръбначните. Фоторецепторите са изградени само от пръчки и информацията, която те предават, не преминава през никакъв вид периферна обработка от ганглиозни клетки. Очите на октопода не са предназначени да възприемат и най-малките детайли, а да възприемат модели и режими на движение, като по този начин елиминират необходимостта от много висока обработка, която се наблюдава в очите на хората и гръбначните животни.

Високата мощност на обработка в човешкото око и в очите на други гръбначни животни не е евтина. Това е много скъпо и тялото плаща висока цена, за да поддържа толкова високо ниво на дефиниция и процесорна мощ. Ретината има най-високите енергийни нужди и метаболизма от всички телесни тъкани. Консумацията на кислород на човешката ретина (на грам тъкан) е с 50% повече от тази на черния дроб, 300% повече от тази на мозъчната кора и 600% повече от тази на миокарда (сърдечния мускул). Но това е средният метаболизъм на кислорода за ретината като цяло. Отделен слой от фоторецепторни клетки има значително по-висока скорост на метаболизма. Цялата тази енергия трябва да бъде доставена бързо и в точното количество..

Точно под всеки фоторецептор има слой на хориоидеята. Този слой съдържа плътен капилярен слой, наречен съдово-капилярен слой. Единственото нещо, което отделя капилярите от директния контакт с фоторецепторите, е много тънък (като една клетка) пигментен епител на ретината (RPE). Тези капиляри са много по-големи от средното, с диаметър 18-50 микрона. Те осигуряват огромно количество кръв на грам тъкан и представляват 80% от притока на кръв към цялото око. От друга страна, ретиналната артерия, която преминава през „сляпото петно“ и се разпределя по външната ретина, осигурявайки нуждите на нервния слой, допринася само с 5% от общото кръвоснабдяване на ретината. Непосредствената близост на кръвоснабдяването на хориоидеята до фоторецепторните клетки без излишна междинна тъкан или пространство като нерви или ганглиозни клетки (т.е. от неинвертираната система) осигурява най-бързото и ефективно снабдяване с жизненоважни хранителни вещества и елиминира голямо количество генерирани отпадъци. Клетките, които премахват тези отпадъци и попълват запасите от някои основни елементи във фоторецепторите, са RPE клетки.

Всеки ден пръчките и конусите изхвърлят около 10% от сегментираните си дискове. Средният брой дискове за пръти е от 700 до 1000, за конуси - 1000-1200. Това само по себе си създава нужда от метаболизъм в RPE клетките, които трябва да обработят голям брой изхвърлени дискове. За щастие, те не трябва да пътуват далеч, за да стигнат до RPE клетките, тъй като се срутват от края на фоторецептора, който е в пряк контакт с RPE клетъчния слой. Ако тези дискове се изхвърлят в обратна посока (към лещите и роговицата), високата им скорост на отделяне ще доведе до мрачно затъмнение пред фоторецепторите, което няма да се изчисти толкова бързо, колкото е необходимо, за да се поддържа високо ниво на визуална яснота..

Високото ниво на обработка поддържа високо ниво на чувствителност на фоторецепторите. RPE клетките също съдържат ретинол изомераза (витамин А). Трансретиналът трябва да се превърне обратно в 11-цисретинал във визуална молекулярна каскада. С помощта на витамин А и ретинална изомераза, RPE клетките са в състояние да изпълнят тази задача, след което прехвърлят такива обновени молекули обратно към фоторецепторите. Интересното е, че на RPE клетките в главоногите ретини липсва ретинална изомераза; въпреки това ретините на всички гръбначни животни притежават този важен ензим. Описаните по-горе функции изискват много енергия. И RPE клетките, точно като фоторецепторните клетки, трябва да са възможно най-близо до доброто кръвоснабдяване, което всъщност се наблюдава.

Както подсказва името им, RPE клетките са пигментирани с много тъмно черен цвят, наречен меланин. Меланинът абсорбира разсеяната светлина, като по този начин предотвратява фалшивото отражение на фотоните и непрякото активиране на фоторецепторите. Това помага много за създаването на ясно / остро изображение на ретината. За някои гръбначни животни, като котката, има различна система, която има отразяващ слой, който ви позволява да виждате по-добре на тъмно (шест пъти по-добре от хората), но лошо през деня.

Така виждаме, че обърнатите ретини имат поне минимални, ако не и значителни ползи, базирани на нуждите на техните носители. Също така имаме доказателства, че най-добрите очи в света за откриване и интерпретиране на изображения винаги са очи с обърната ретина, която има ретинална организация. По отношение на недостатъците като цяло те нямат практическо значение в сравнение със съответните функции. Дори Докинс признава, че това неудобство е предимно естетическо. Обмислете следното изявление на Докинс:

С едно изключение, фотоклетките във всички очи, които съм илюстрирал, са разположени пред нервите, които ги свързват с мозъка. Това е очевидно, но не е универсално. Земният червей... вероятно съдържа своите фотоклетки от грешната страна на свързващите нерви. Гръбначното око прави същото. Фотоклетките са насочени далеч от светлината. Не е толкова глупаво, колкото звучи. Тъй като те са много малки и прозрачни, всъщност няма значение накъде са насочени: повечето фотони ще бъдат насочени право напред и след това ще преминат през поредица от натоварени с пигменти шум, които чакат да бъдат заснети..

Еволюционна теория в примери

По принцип всички органи на зрението са предназначени да улавят отделни частици светлина - фотони. Напълно възможно е дори в докамбрийския период да има организми, способни да възприемат светлината. Това може да са както многоклетъчни, така и едноклетъчни същества. Въпреки това първото животно, познато ни с визия, се появи преди около 540 милиона години. И само сто милиона години по-късно, в периода на ордовик, вече са съществували всички видове зрителни органи, познати ни днес. Просто трябва да ги подредим правилно, за да разберем тяхната еволюция..

При едноклетъчните животни - например зелена евглена - има само светлочувствително петно: „окото“. Той прави разлика между светлината, която е жизненоважна за същата евглена, тъй като без енергията на светлината в тялото й фотосинтезата не може да протече, което означава, че не се образуват органични вещества. Преди появата на тази органела - окото - едноклетъчните животни се мятаха хаотично във водния стълб, докато не бяха случайно изложени на светлината. Евглена винаги плува само на светлина.

При първите многоклетъчни животни органите на зрението са били изключително примитивни. И така, при много морски звезди отделни светлочувствителни клетки са разпръснати по цялата повърхност на тялото. Тези животни са в състояние да различават само светло и тъмно. Виждате преминаваща сянка - хищник? - бързат да се заровят в пясъка.

При някои животни чувствителните към светлина клетки бяха групирани под формата на "очно петно". Сега беше възможно, макар и много грубо, да се прецени от коя страна се движи хищникът. Преди повече от петстотин милиона години при медузите се появяват очни петна. Този орган на зрението им позволява да се ориентират в космоса, а медузи населяват открито море. Такива петна помагат на земните червеи да се скрият от светлината в земята..

Следващата стъпка в еволюцията на окото се демонстрира от цилиарни червеи. В предната част на тялото им има две симетрични петна: всяко от тях има до хиляда светлочувствителни клетки. Тези петна са потопени наполовина в пигментната чаша. Светлината пада само върху горната половина на петна, непокрити от пигмента и това позволява на животното да определи къде е източникът на светлина. Ако желаете, можете да наречете цилиарния червей "животно с две очи".

Постепенно очното петно ​​се притиска още по-дълбоко в епитела. Образува се жлеб - "чаша за очи". Например речните охлюви имат подобен орган на зрение. Чувствителността му осезаемо зависи от посоката на погледа. Охлювът обаче вижда всичко около себе си като размазано, сякаш гледа през матирано стъкло..

Зрителната острота се увеличава, когато външният отвор на окото се стеснява. И така, имаше око с точна зеница, наподобяващо камера-обскура. Мекотелото наутилус, роднина на отдавна изчезнали амонити, гледа света. Дебелината на окото на наутилуса е около сантиметър. Ретината му съдържа до четири милиона светлочувствителни клетки. Този орган на зрението обаче улавя твърде малко светлина. Следователно светът за Nautilus изглежда мрачен.

И така, на някакъв етап еволюцията доведе до появата на два различни органа на зрението. Единият - нека го наречем „окото на оптимиста“ - направи възможно да се види всичко в светли цветове, но очертанията на предметите бяха неясни, неясни, неясни. Другият - „окото на песимиста“ - видя всичко в черно; светът изглеждаше груб, счупен, рязко очертан. От него идва нашето човешко око.

По-късно над зеницата расте прозрачен филм; предпазва го от мръсотия и същевременно променя своята пречупваща сила. Сега все повече и повече светлинни частици навлизат в окото, до неговите светлочувствителни клетки. Така се появява първата примитивна леща. Той фокусира светлината. Колкото по-голяма е лещата, толкова по-остро е зрението. За собственика на такъв орган на зрението - а именно той се нарича „окото“ - светът наоколо става светъл и отчетлив.

Окото се оказа толкова съвършен орган на зрението, че природата го „измисли“ два пъти: то се появи при главоноги, а по-късно и при нас, гръбначни животни, и при двете групи животни изглежда различно и се развива от различни тъкани: при мекотели - от епител, а при хората ретината и стъкловидното тяло възникват от нервната тъкан, а лещата и роговицата от епитела.

Добавяме, че насекомите, трилобитите, ракообразните и някои други безгръбначни са образували сложно - фасетирано - око. Състоеше се от много отделни окели - оматидии. Окото на водно конче съдържа например до тридесет хиляди от тези очи.

Само за половин милион години

Шведските биолози Дан-Ерик Нилсон и Сузане Пелгер от университета в Лунд симулират историята на еволюцията на окото на компютър. В този модел всичко започна с появата на тънък слой клетки, които са чувствителни към светлина. Над него лежеше прозрачен плат, през който проникваше светлина; под него има непрозрачен слой плат.

Отделни, незначителни мутации могат да променят например дебелината на прозрачния слой или кривината на фоточувствителния слой. Случиха се случайно. Учените само въведоха правило в своя математически модел: ако мутацията подобри качеството на изображението с поне един процент, то тя беше фиксирана в следващите поколения.

В крайна сметка „визуалният филм“ се превърна в „мехурче“, изпълнено с прозрачно желе, а след това във „рибешко око“, снабдено с истинска леща. Нилсън и Пелгер се опитаха да преценят колко дълго може да продължи такава еволюция и те избраха най-лошия и най-бавен вариант за развитие. Все пак резултатът беше сензационен. Кратката история на окото беше само... малко над половин милион години - миг за планетата. През това време са заменени 364 хиляди поколения животни, надарени с различни междинни видове зрителни органи. Чрез естествен подбор природата „тества“ всички тези форми и избра най-доброто - око с леща.

Такъв модел ясно доказва, че веднага щом първите примитивни организми са открили самата възможност за „отпечатване“ на света - незабавно копиране на разположението на околните предмети и тяхната форма с един от техните органи - този орган започва да се усъвършенства, докато достигне най-високата форма на развитие. Историята на окото всъщност беше кратка; това беше „мълниеносна война“ за способността да „видим всичко в истинската му светлина“. Победителите включват всички - хора, риби, насекоми, охлюви и дори евглена, понякога по-добра от нас, "амбивалентна", като се прави разлика къде е черно и къде е бяло.

По-късно немският биолог Валтер Геринг установява, че ген, наречен Pax-6, формира органите на зрението при хората, мишките и плодовите мухи, плодовите мухи. Ако има дефект, окото изобщо не се развива или остава в зародиш. На свой ред, когато генът Pax-6 беше вмъкнат в определени части на генома, животното придоби допълнителни очи.

Експериментите показват, че генът Pax-6 е отговорен само за развитието на органите на зрението, а не за техния тип. Така че, с помощта на ген, принадлежащ на мишка, ученият задейства механизма на развитие на очите при плодовите мухи и те придобиват допълнителни зрителни органи - също фасетирани - на краката, крилата и антените. „С тяхна помощ насекомите също биха могли да възприемат светлината - казва Уолтър Геринг, - в края на краищата нервните окончания се простират от допълнителни зрителни органи до съответната област на мозъка“..

По-късно същият генетик успя да отгледа допълнителни очи върху главата на жабата, като манипулира гена Pax-6, взет от дрозофилата. Неговите колеги откриха същия ген при жаби, плъхове, пъдпъдъци, пилета и морски таралежи. Изследването на гена Pax-6 показва, че всички видове зрителни органи, които познаваме, биха могли да възникнат поради генетични мутации на едно и също „първо око“.

Има обаче и други мнения. В края на краищата, например, медузите нямат гена Pax-6, въпреки че имат зрителни органи. Може би този ген е започнал да контролира развитието на зрителния апарат едва на някакъв етап от еволюцията..

Ето какво казва D.E.Nilsson за това:

В най-простите организми генът Pax-6 е отговорен за образуването на предната част на тялото и тъй като той е най-подходящ за настаняване на сетивата тук, този ген по-късно става отговорен за развитието на органите на зрението..

Налягане На Очите

Далекогледство

Популярни Категории