Юный техник, 2006 № 10

Журнал Юный техник

У некоторых животных светочувствительные клетки группировались в виде «глазного пятна». Оно позволяло оценить, с какой стороны двигался хищник.

Более 500 млн. лет назад глазные пятна появляются у медуз. Этот орган зрения позволял им ориентироваться в пространстве, и медузы заселяют открытое море.

Следующую ступень эволюции глаза демонстрируют ресничные черви. В передней части их тела имеются два симметричных пятна: в каждом из них до тысячи светочувствительных клеток. Эти пятна наполовину погружены в пигментную чашку. Свет падает лишь на верхнюю половину пятен, не прикрытую пигментом, и это позволяет животному определить, где находится источник

света. При желании можно назвать ресничного червя «животным с двумя глазами».

Постепенно глазное пятно еще глубже вдавливалось в эпителий. Образовался желобок — «глазной бокал». Подобным органом зрения обладают, например, речные улитки. Его чувствительность заметно зависит от направления взгляда. Однако улитка видит все вокруг себя расплывчатым, словно сквозь матовое стекло.

Острота зрения повышалась по мере того, как сужалось наружное отверстие глаза. Так появился глаз с точечным зрачком, напоминавший камеру-обскуру. Им смотрит на мир моллюск наутилус, родич давно вымерших аммонитов. Толщина глаза у наутилуса — около сантиметра. На его сетчатке имеется до 4 млн. светочувствительных клеток. Однако этот орган зрения улавливает слишком мало света. Поэтому мир для наутилуса выглядит мрачно.

* * *

Итак, на каком-то этапе эволюция привела к появлению двух различных органов зрения. Один — назовем его «глаз оптимиста» — позволял видеть все в светлых красках, но очертания предметов были смутными, неясными, расплывчатыми. Другой — «глаз пессимиста» — видел все в черных топах; мир казался грубым, изломанным, резко очерченным. Именно от него и происходит наш человеческий глаз.

Позднее над зрачком нарастает прозрачная пленка; она защищает его от попадания грязи и в то же время меняет его преломляющую способность. Теперь все больше частиц света попадает внутрь глаза, к его светочувствительным клеткам. Так возникает первый примитивный хрусталик. Он фокусирует свет. Чем больше хрусталик, тем острее зрение. Для обладателя такого органа зрения — а именно он и называется «глазом» — окружающий мир становится ярким и отчетливым.

Глаз оказался таким совершенным органом зрения, что природа «изобрела» его всего дважды: он появился у головоногих моллюсков, а позднее у нас, позвоночных. Причем у обеих групп животных выглядит он по-разному, да и развивается из различных тканей: у моллюсков — из эпителия, а у человека и других позвоночных сетчатка со стекловидным телом возникают из нервной ткани, а хрусталик и роговица — из эпителия.

Добавим, что у насекомых, трилобитов, ракообразных и некоторых других беспозвоночных животных сформировался сложный — фасеточный — глаз. Он состоял из множества отдельных глазков омматидиев. Глаз стрекозы содержит, например, до 30 000 таких глазков.

Фасеточный глаз при крупном увеличении.

Разрез глаза позвоночных под микроскопом.

* * *

Шведские биологи Дан-Эрик Нильссон и Сюзанна Пелгер из Лундского университета смоделировали на компьютере историю эволюции глаза. У них получилось, что отдельные, незначительные мутации могли менять, например, толщину прозрачного слоя или кривизну светочувствительного слоя.

Они происходили случайно. Ученые лишь внесли в свою математическую модель правило: если мутация улучшала качество изображения хотя бы на один процент, то она закреплялась в последующих поколениях.

В конце концов, «зрительная пленка» превратилась в «пузырек», заполненный прозрачным студнем, а затем и в «рыбий глаз», снабженный настоящим хрусталиком.

Нильсон и Пелгер попробовали оценить, сколько времени могла длиться подобная эволюция, причем они выбрали худший, самый медленный вариант развития. Все равно результат оказался сенсационным. Краткая история глаза насчитывала всего… чуть более полумиллиона лет — сущий миг для планеты. За это время сменилось 364 000 поколений животных, наделенных различными промежуточными типами органов зрения. Путем естественного отбора природа «проверила» все эти формы и выбрала лучшую — глаз с хрусталиком.

* * *

Эта математическая модель, а также генетические открытия убеждают нас в том, что различия между известными типами органов зрения не так велики, как казалось прежде. «Мы убедились, — отмечает немецкий биолог Кристоф Кампенхаузен, — что разные типы органов зрения возникают из-за незначительных изменении в геноме: одни гены активизируются, другие отключаются».

Так, его коллега Вальтер Геринг выяснил, что ген под названием Рах-6 формирует органы зрения у человека, мышей и плодовых мушек дрозофил. Если он имеет дефект, глаз не развивается вовсе или остается в зачаточном виде. В свою очередь, при встраивании гена Рах-6 в определенные участки генома, у животного появлялись дополнительные глаза.

Вертикальные зрачки кайманов, которые охотятся преимущественно ночью, могут расшириться настолько, что крокодилы неплохо видят возможную добычу даже при свете звезд.

Опыты показали, что ген Рах-6 отвечает лишь за развитие органов зрения, а не за их тип. Так, с помощью гена, принадлежавшего мыши, ученый запускал механизм развития глаз у дрозофил, причем у них появлялись дополнительные органы зрения — тоже фасеточные — на ногах, крыльях и усиках.

Позднее В.Геринг сумел вырастить на голове лягушки дополнительные глаза, манипулируя геном Рах-6, взятым у дрозофилы. Его коллеги обнаружили тот же самый ген у лягушек, крыс, перепелов, кур и морских ежей. Исследование гена Рах-6 показывает, что все известные нам типы органов зрения могли возникнуть благодаря генетическим мутациям одного и того же «первоглаза».

Впрочем, есть и другие мнения. Ведь, например, у медуз нет гена Рах-6, хотя органы зрения есть. Возможно, этот ген лишь на каком-то этане эволюции стал управлять развитием зрительного аппарата.

Возможно также, полагают другие биологи, эволюция этих органов начиналась с… симбиоза. «Зрячие» одноклеточные организмы стали гнездиться на поверхности многоклеточных существ — те согревали и защищали их. Пожалуй, эти «прилипалы» сперва досаждали своим слепым хозяевам, по позднее те научились пользоваться необычным талантом своих постояльцев — умением видеть приближающихся к ним животных — и стали следить за поведением и передвижениями этих зрячих клеток. И таким образом получили преимущество над конкурентами: они быстрее находили пищу и спасались от врагов.