چشم انسان یکی از شگفتانگیزترین و پیچیدهترین سیستمهای بینایی در طبیعت است. اما ریشههای تکاملی این ساختار خارقالعاده ممکن است به موجودی دریایی و کرممانند با چشمانی ساده در وسط سرش بازگردد.
بر اساس یک مدل تکاملی جدید که در مجله زیستشناسی کنونی منتشر شده است، شبکیههای جفتی چشم انسان و سایر مهرهداران، از اجزای یک اندام حساس به نور در اجداد باستانی ما که حدود ۶۰۰ میلیون سال پیش میزیستند، بازسازی و تکامل یافتهاند.
این چشم میانی باستانی شاید کاملاً از بین نرفته باشد. تصور میشود که این اندام حساس به نور، در طول زمان، به سیستم صنوبری (پینهآل) که در عمق مغز قرار دارد و در تنظیم چرخه خواب و بیداری نقش دارد نیز، تبدیل شده باشد.
این مدل توسط زیستشناس حسی، دن-اریک نیلسون از دانشگاه لوند، و جورج کافتزیس، مایکل جی. بوک و توماس بیدن از دانشگاه ساسکس، بر اساس مقایسه سلولهای حساس به نور، اندامهای بینایی و مدارهای عصبی در گروههای مختلف جانوری توسعه یافته است.
اگرچه هیچ فسیلی از حیوان تکچشم ۶۰۰ میلیون ساله کشف نشده است، این فرضیه یک بازسازی تکاملی است که بر اساس شواهد موجود در گونههای زنده بنا شده است. این داستان با یک حیوان کوچک دریایی آغاز میشود که قبل از ظهور مهرهداران میزیست.
این جد باستانی احتمالاً در حفرهای زندگی میکرد، آب دریا را برای تغذیه فیلتر میکرد و بدنی کرممانند داشت. در مراحل اولیه تاریخ تکاملی خود، ممکن بود چشمهای جفتی یا حداقل خوشههایی از سلولهای حساس به نور در دو طرف سرش داشته باشد.
حتی بدون تشکیل تصاویر دقیق، توانایی تشخیص روز و شب یا جهت بالا و پایین میتوانست به بقای این حیوان کمک کند. با این حال، تغییر به سمت یک سبک زندگی عمدتاً بیتحرک و فیلترکننده، مزایای دید دقیق را کاهش داد و ساختارهای حساس به نور در دو طرف سر به تدریج ناپدید شدند.
اما سلولهای حساس به نور در مرکز سر باقی ماندند و به مرور زمان، یک اندام ساده سنجش نور به نام «چشم میانی» را تشکیل دادند.
داستان تکاملی زمانی مسیر متفاوتی به خود گرفت که نوادگان این حیوان دوباره شروع به شنای فعال کردند. سبک زندگی متحرک، دوباره سیستم بینایی پیشرفتهتری را که قادر به تشخیص غذا، موانع و شکارچیان بود، مفید ساخت.
بر اساس مدل جدید، تکامل به جای ساختن این سیستم از ابتدا، سلولها و مدارهای عصبی موجود در چشم میانی را بازسازی کرد. این اندام مرکزی حساس به نور ممکن است گسترش یافته و به تشکیل شبکیههای چپ و راست، و همچنین سیستمهای صنوبری و شبهصنوبری در مهرهداران اولیه کمک کرده باشد.
در طول رشد جنینی، شبکیه مهرهداران به عنوان زائدهای از مغز شکل میگیرد. در مقابل، چشم حشرات و سرپاورها از بافتهای سطح سر رشد میکنند و مسیرهای تکاملی متفاوتی را دنبال میکنند.
این مدل همچنین توضیحی برای چگونگی ترکیب سلولهایی با ریشههای تکاملی متفاوت در یک مدار پیچیده در شبکیه ارائه میدهد. سلولهای میلهای و مخروطی در شبکیه ما به تبار سلولهای گیرنده نوری مژکدار تعلق دارند. در کنار این سلولها که نور را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل میکنند، سلولهای گانگلیونی، آماکرین و افقی با پیوندهای تکاملی به گیرندههای نوری مژکدار، به پردازش اطلاعات بصری و انتقال آن به مغز کمک میکنند.
در بسیاری از حیوانات دیگر، این دو تبار سلولی با سیستمهای سنجش نور جداگانه مرتبط هستند. اما اندام میانی اجدادی ممکن است از قبل حاوی سلولهایی از هر دو تبار بوده باشد. بنابراین، شبکیه مهرهداران ممکن است با ترکیب و سازماندهی مجدد سلولها و مدارهای عصبی موجود تکامل یافته باشد.
یک مطالعه در سال ۲۰۲۴ که در ارتباطات طبیعت منتشر شد، ریشههای عمیق تکاملی این مدار را تأیید میکند. با مقایسه سلولهای شبکیه در لامپری دریایی با موش، مرغ و گورخرماهی، محققان دریافتند که بسیاری از انواع سلولهای درگیر در پردازش بصری، از اوایل تکامل مهرهداران وجود داشتهاند.
سیستمهای صنوبری بسیاری از مهرهداران میتوانند نور را مستقیماً تشخیص دهند. غده صنوبری انسان نمیبیند یا نور را مستقیماً تشخیص نمیدهد، اما ملاتونین تولید میکند و به همگامسازی ساعت داخلی بدن با چرخه شبانهروز کمک میکند.
این مدل یک تاریخچه تکاملی قطعی تأیید شده با شواهد فسیلی نیست. اما اگر درست باشد، سیستمهایی که به ما امکان میدهند دنیا را با دو چشم ببینیم و باعث خوابآلودگی ما پس از تاریکی میشوند، ممکن است دو میراث جداگانه از همان چشم ابتدایی میانی باشند که ۶۰۰ میلیون سال پیش وجود داشته است.
یافتههای این تحقیق در زیستشناسی کنونی گزارش شده است.
