Происхождение человеческого глаза связали с одноглазым предком жившим 600 миллионов лет назад
Человеческий глаз считается одной из самых сложных зрительных систем в природе, однако его происхождение может оказаться гораздо необычнее, чем предполагалось ранее. Согласно новой эволюционной модели, опубликованной в журнале Current Biology, парные глаза позвоночных могли возникнуть из единственного светочувствительного органа, принадлежавшего древнему морскому существу, жившему около 600 миллионов лет назад.
Авторы исследования предполагают, что далёкий предок позвоночных представлял собой небольшое червеобразное животное, обитавшее на морском дне. В центре его головы находился простой светочувствительный орган — своеобразный «циклопический» глаз, который впоследствии мог стать основой не только для обеих сетчаток современных позвоночных, но и для эпифиза — структуры глубоко внутри мозга, участвующей в регуляции цикла сна и бодрствования.
Новую модель разработали биолог-сенсорик Дан-Эрик Нильссон из Лундского университета совместно с Джорджем Кафетзисом, Майклом Дж. Боком и Томасом Баденом из Университета Сассекса. Исследование основано не на ископаемых находках, а на сравнительном анализе светочувствительных клеток, органов зрения и нервных цепей у различных современных животных.
Никаких останков одноглазого животного возрастом 600 миллионов лет пока не найдено. Вместо этого учёные выполнили эволюционную реконструкцию, используя данные о строении живущих сегодня организмов.
По мнению исследователей, самые древние предки позвоночных первоначально могли обладать двумя боковыми группами светочувствительных клеток или даже парой примитивных глаз. Несмотря на отсутствие полноценного зрения, такие органы позволяли различать день и ночь, определять направление света и ориентироваться в пространстве, что повышало шансы на выживание.
Позже образ жизни этих животных изменился. Они перешли к малоподвижному существованию, проводя большую часть времени в норах и фильтруя морскую воду в поисках пищи. В таких условиях сложное зрение перестало давать существенные преимущества, поэтому боковые светочувствительные структуры постепенно утратились.
При этом расположенный в центре головы светочувствительный орган сохранился. Со временем именно он, по мнению авторов работы, превратился в простой срединный глаз, способный воспринимать свет.
Следующий важный этап эволюции произошёл, когда потомки этих животных вновь стали активно плавать. Подвижный образ жизни снова сделал развитое зрение крайне полезным для поиска пищи, обнаружения препятствий и распознавания хищников.
Авторы новой модели считают, что эволюция не создавала зрительную систему заново. Вместо этого уже существовавшие клетки и нервные цепи срединного глаза были использованы повторно. Постепенно этот орган расширился в стороны и дал начало левой и правой сетчаткам первых позвоночных, а также эпифизу и параэпифизу.
В пользу этой гипотезы говорит и развитие позвоночных во время эмбриогенеза. Сетчатка глаза формируется как вырост переднего мозга, тогда как глаза насекомых и головоногих моллюсков возникают из поверхностных тканей головы и имеют совершенно другое эволюционное происхождение.
Новая модель также объясняет, почему сетчатка позвоночных объединяет клетки разного происхождения в единую сложную систему обработки зрительной информации. Палочки и колбочки относятся к линии ресничных фоторецепторов, преобразующих свет в электрические сигналы. Одновременно ганглиозные, амакриновые и горизонтальные клетки, участвующие в обработке изображения и передаче информации в мозг, имеют эволюционные связи с другой линией — рабдомерными фоторецепторами.
У большинства животных эти две линии клеток входят в состав разных светочувствительных систем. Однако исследователи предполагают, что древний срединный глаз уже содержал представителей обеих линий. Благодаря этому эволюция смогла объединить существующие клетки и нервные сети в единую высокоорганизованную сетчатку позвоночных.
Эта идея согласуется с исследованием, опубликованным в 2024 году в журнале Nature Communications. Тогда учёные сравнили клетки сетчатки морских миног, мышей, кур и данио-рерио и обнаружили, что многие типы клеток, отвечающих за обработку зрительной информации, появились уже на самых ранних этапах эволюции позвоночных.
Современный эпифиз человека больше не способен воспринимать свет напрямую, однако продолжает играть важную роль в работе биологических часов организма. Он вырабатывает гормон мелатонин, который помогает синхронизировать цикл сна и бодрствования со сменой дня и ночи. У многих других позвоночных эпифиз до сих пор сохраняет способность непосредственно реагировать на освещённость.
Авторы подчёркивают, что предложенная модель пока остаётся научной гипотезой и не подтверждена ископаемыми находками. Однако если она окажется верной, то и человеческое бинокулярное зрение, и механизм регуляции сна будут наследием одного и того же примитивного срединного глаза, существовавшего у древнего морского предка около 600 миллионов лет назад.
Исследование в журнале Current Biology.