История на окото
Противно на мнението на много хора, нашата биологична природа има много недостатъци. Всички наши характеристики с каквото и да е значение са резултат от еволюцията. В хода на тази еволюция се запазват тези черти, които допринасят за оцеляването на техните носители в характерните за тях условия на живот.
Околната среда се променя, начинът на живот на организмите се променя и наследството от предишни еволюционни промени не изчезва никъде. Много от резултатите на еволюцията са анахронични, съответстващи не на сегашното време, а на минали етапи от развитието на живота.
Един от най-ярките примери за такова несъвършенство е структурата на нашето око, по-специално неговата характеристика, свързана с образуването на сляпо петно. Това е нечувствителна към светлина зона на вътрешната повърхност на окото, разположена там, където ретината е проникната от зрителния нерв и кръвоносен съд. Най-простият експеримент, който ви позволява да проверите наличието на сляпо място, можете да го направите сами, например, следвайки инструкциите по-долу. И тук ще разгледаме подробно причините за появата му в окото на гръбначните животни. Това, освен всичко друго, ще убеди читателя в силата на еволюционно-историческите обяснения.
Диаграма на структурата на човешкото око (разрез на ретината, показан при по-голямо увеличение).
Светлината в окото се възприема от ретината - зрителния епител, състоящ се от няколко слоя. Нервите и кръвоносните съдове се приближават до тази тъкан, но по някаква причина те не са свързани отвън, от страната на хориоидеята, а отвътре, от страната на стъкловидното тяло, тоест от страната, от която светлината идва към ретината. С други думи, ретината на окото ни е обърната (обърната): нейната работна повърхност е обърната в посока, обратна на тази, в която гледа окото. Нито единНевъзможно е да се обясни такава структурна характеристика на окото с конструктивни съображения. Напротив, някои промени се виждат в дизайна на нашия орган на зрението, което трябва да смекчи неблагоприятните ефекти от инверсията на ретината. По този начин нервните влакна, които осигуряват комуникация с клетките на ретината, са лишени от защитни миелинови обвивки. Това прави нервите по-прозрачни, но намалява скоростта на сигнала, преминаващ през тях.
Единственото обяснение за разбирането на тази конструктивна странност се корени в нашата еволюционна история. И това обяснение ще трябва да започне отдалеч.
Ние принадлежим към многотъканни животни със сложен план на тялото. Телата на такива животни, от червеи до гръбначни, се развиват от три зародишни слоя - три слоя тъкан, които в хода на индивидуалното развитие формират всички органи и системи. Покривният слой на зародишните тъкани се нарича ектодерма. Вътрешната, свързана с първичното черво, е ендодермата. Между тези листове е мезодермата. Ако се замислите, става ясно, че възприемането на информация от външната среда и обработката на получените сигнали се оказва функция, която се изпълнява от производните на външния лист, ектодермата. Това се дължи на факта, че именно покривният епител взаимодейства с външната среда.
Образуването на невралната тръба (неврулация) в човешкия ембрион. Външната страна на ектодермата съответства на вътрешната повърхност на невралната тръба (използван е чертеж от nature.com).
В нашата еволюционна линия - типът Chordata - централната нервна система е оформена като тръба от обвивка, завинтваща се в тялото. Първите хордови са били средно големи, около 10 см, животни, които плуват във водния стълб поради страничните извивки на тялото си и филтрират входящия воден поток. Протягане по тялото имневрална тръба и осигурява вълна от мускулни контракции, която плавно преминава по тялото им.
Слоят на ектодермата има външна и вътрешна страна. Външната страна е обърната към външната среда и образува рецептори. Вътрешната страна е в контакт с мезодермата, която осигурява хранене и подкрепа на ектодермалния епител. Както разбирате, в невралната тръба външната (формираща рецептори) страна на ектодермата съответства не на външната, а на вътрешната повърхност на тръбата!
Отпечатъкът на един от първите представители на нашия тип - пикая от камбрийските шисти Burges. В близост има съвременен ланцет.
Сега няма такива животни като първите хордови. Водният стълб е обитаван от техните далечни потомци - риби, които няма да пропуснат беззащитния филтър, който бавно плува във водния стълб. От съвременните животни те напомнят най-много на първите хордови, ланцети - средно големи филтърни хранилки, които се забиват в земята от различни опасности. Сетивните органи на ланцетниците са доста примитивни. Сред тях са очите на Хесен, малки органи на зрението, които се намират вътре в невралната тръба! Факт е, че целият ланцет е полупрозрачен и за примитивните очи, които могат да различават само светлината от тъмнината, от гледна точка на тяхната работа, няма значение къде се намират: на външната ектодермална повърхност (и „гледат“ в същото време външния свят) или на вътрешната ектодермална повърхност на невралната тръба (и „гледат“ едновременно в кухината на тръбата). Но от гледна точка на безопасността на специализираните светловъзприемащи клетки, тяхното разположение в тялото се оказва по-изгодно - има по-малък шанс да ги повредите. Имаме всички основания да смятаме, че органите на зрението на първите хордови са били подредени като очите на Хесен в ланцетника.
Предна част на тялото на ланцетника. очиHesses са разположени вътре в невралната тръба.
Как може да се подобри дизайнът на филтърен филтър, плаващ във водния стълб? Ако той ефективно открие натрупването на частици, суспендирани във вода, енергийната му ефективност ще се увеличи. Ако може да открива отделни големи частици и избирателно да ги абсорбира, ефективността му ще стане още по-висока. Ако тези частици са живи и филтърът все още може да ги абсорбира, въпреки съпротивлението им, тази промяна също ще бъде стъпка към по-голяма ефективност. Така хранещите се с активен плувен филтър в крайна сметка се превърнаха в активни плуващи хищници. За такива животни сетивните органи бяха много важни: както химическите рецептори, така и очите.
И тези животни, както си спомняме, гледаха от дълбините на невралната си тръба. С преструктурирането на тяхното хранене размерът им се увеличава, изискванията към органа на зрението се увеличават. Беше ли необходимо да се запазят органите на зрението по цялата дължина на тялото? Не, достатъчно беше да се осигури зрение върху главата, частта от тялото, обърната към тези стимули, чието действие трябва да се запише. Как да осигурим напредъка на органите на зрението? Приближете частта от невралната тръба, съдържаща светлинните рецептори, по-близо до повърхността. И как да увеличите разделителната способност на такива очи? Преобразувайте областта на обвивката, разположена над окото, нарастваща отвътре, в светлопречупваща леща - лещата.
В човешкия ембрион очите се развиват по начин, който напомня техния произход в еволюционната история на нашата група. Невралната тръба образува издатини, очни мехурчета, които се "разтягат" към повърхността. Епителът над очната чаша образува лещата, под която се намира стъкловидното тяло, изпълващо очната камера, и израстъкът на централната нервна система, сгъвайки се,ретината. Както може да се види от фигурата, ретината съответства на два слоя от нервната тръба, подредени един върху друг. Рецепторите в него са обърнати в посока, която съответства на външната страна на обвивката, тоест вътре в самата ретина! Храненето и инервацията на тези рецептори се осигурява от очната камера. За да го осигури, повърхността на ретината трябва да бъде "перфорирана" от зрителния нерв и кръвоносен съд, образувайки сляпо петно.
Чертеж от класически учебник по анатомия, показващ разрез през главата на човешки ембрион на етапа на очни везикули.
Още една подробност. Окото на главоногите е устроено почти по същия начин като нашето. Но при него ретината не е обърната! Факт е, че органите на зрението на мекотелите са възникнали при животни, които са загубили своята прозрачност. Очевидно черупката на мекотелите е много по-древна придобивка от очите. Очите на мекотелите са се развили като инвагинации на повърхността им, поради което ектодермалната част на ретината им изглежда вътре в окото, а съединителнотъканният слой, който осигурява храненето му, се оказва отвън. Кажете ми, възможно ли е, без да се позоваваме на праисторията, да разберем защо нашето око не е устроено като окото на мекотелите, но по много по-нелогичен начин? Не. Всеки организъм е резултат и, ако желаете, жертва на своята история. На всяка стъпка от тяхната еволюция селекцията дава решение на действителни проблеми, без да се взема предвид възможна еволюционна перспектива. Просто няма кой да гледа напред в еволюцията. Основният му механизъм е преференциалното оцеляване и оставяне на потомство от организми, по-адаптирани към начина на живот, който водят в средата, която обитават. На всеки следващ етап адаптациите, постигнати на предишния, могат да се окажат анахронизми. И смятате, че подобни анахронизми са типичнисамо за структурата на нашите тела? В хода на еволюцията са се формирали и програмите, които задават предпоставките за нашето поведение. Те също имат много странни характеристики, които не могат да бъдат разбрани, без да се вземе предвид нашата история. Какво да правя? Познайте себе си, включително погледнете в огледалото, което ни предоставя изследването на нашата еволюция.
Публикувано в онлайн изданието "Частен кореспондент"