текст
Сказ про глаз: антрополог Дробышевский рассказал про эволюцию нашего зрения
Это не у меня плохое зрение – это вы слишком мутные, – могли бы сказать друг другу эдиакарские организмы, если бы умели говорить. Зрение у них было из рук вон плохое. Точнее, из ног, а еще точнее – из «стеблей». Ведь эдиакарская биота во многом была больше похожа на растения, чем на животных. То ли дело кембрийские организмы – именно они «изобрели» глаза. А потом и цветное зрение. А потом кто-то его потерял. А потом – опять нашел. Например, наши приматоморфные предки. Антрополог Станислав Дробышевский рассказал «ММ» об эволюции цветного зрения у людей.
nhm.ac.uk
Вместе с известным антропологом Станиславом Дробышевским рассказываем об эволюции зеркала души, о том, почему мужчины чаще страдают дальтонизмом, чем женщины, и про то, что, в отличие от нас, способны увидеть современные охотники-собиратели.
Глаза – в кучу
Основная единица обработки света в глазах – фоторецепторная клетка, которая содержит два типа молекул, связанных друг с другом: светочувствительные белки опсины и некоторые пигменты, а точнее – та часть молекул пигментов, что поглощает свет и придает ему цвет (хромофор). Путем сложных химических реакций поглощенные фотоны преобразуются в электрическую энергию и передаются в нервную систему, а тому, у кого таковой нет (например, у некоторых медуз вроде кладонем), – сразу в мышцы. Группы фоторецепторных клеток называются глазными пятнами. Они-то и были у организмов, не имеющих скелета, – эдиакарских или вендских многоклеточных, живших от 635 до 541 млн лет назад. Да что там вендская фауна! Светочувствительные пигменты появились, видимо, уже у одноклеточных – есть же они сегодня у крохотных жгутиконосцев. Но глазные пятна – это вам не очи черные. Настоящие глаза были «созданы» в кембрии, когда радикально улучшились обработка изображения и определение направления света. Но зачем животным вообще понадобился столь чувствительный и хрупкий орган? Потому что химические или механические рецепторы плохо работают на расстоянии. Добычу ими, может быть, и найдешь, а вот от хищника спастись затруднительно. А если он уже приобрел глаза – вовсе пиши пропало. Поэтому, как только «гляделки» появились у кого-то одного – они просто обязаны были завестись у всех. Или почти у всех. И возникали они, кстати, не единожды: скрупулезные ученые подсчитали, что глазные пятна эволюционировали независимо от 40 до 65 раз!
ГЛАЗНЫЕ ПЯТНА – ЭТО ВАМ НЕ ОЧИ ЧЕРНЫЕСначала глазное пятно пошло по пути простого углубления – появились так называемые глазные чаши. Все потому, что вогнутая форма позволяет лучше определять источник света, чем плоская. Обладателем таких «глаз», которые только и позволяют, что скрываться в тени да прятаться от хищников, является современный примитивный плоский червяк – планария.
Дальше – больше. Появилась радужка, которая контролирует количество света, попадаемого на сетчатку (мышцы ее то растягивают зрачок, то сжимают его), и слезные железы, выделяющие защитную пленку. Не менее важным стало увеличение мозга и появление зрительной коры для обработки резких и цветных изображений.А вообще глаза в кембрии эволюционировали стремительно и самыми разными путями. Хордовые и моллюски, например, оставили их простыми, зато увеличили в размерах и «вставили» внутрь линзы. Членистоногие захотели иметь много глаз и в буквальном смысле собрали их в кучу. Самые успешные живые организмы за всю историю – трилобиты – надели хрустальные очки: линзы из кальцита и магния, из-за чего глаза их стали невероятно прочными и сохранились до наших дней. 
Интересно, что сейчас глаз с линзой есть даже у одноклеточных варновид. С ним загадки эволюции глаз скорее усугубились: его сложный «орган» зрения, с хрусталиком, как у человека или других крупных животных, интегрирован прямо в клетку. При этом остается непонятным, что в таком крошечном организме обрабатывает информацию от столь сложного глаза. Ведь не то что мозга, но и нервных клеток у них, конечно же, нет – одна клетка, один глаз и, вероятно, один, пока еще неизвестный механизм обработки его данных.
ГЛАЗ С ЛИНЗОЙ ЕСТЬ ДАЖЕ У ОДНОКЛЕТОЧНЫХ ВАРНОВИДТолько вперед!
Но на самом деле мы мало что знаем про эволюцию зрения, потому что глаза в палеонтологической летописи не сохраняются. «Правда, по черепам можно примерно прикинуть, что наши предки, первые приматоподобные – пургаториусы, омомисы – были ночными животными, – говорит антрополог Станислав Дробышевский. – У них были большие глазницы, и они отдаленно напоминали лемуров и долгопятов. А дневное зрение, судя по всему, возникло порядка 45 млн лет назад с появлением первых обезьян. Но это приблизительная цифра, потому что целых черепов именно этого времени у нас нет, в основном лишь челюсти с зубами. Тем не менее, зубы именно в это время адаптировались к фруктам, а быть ночным фруктоядным затруднительно».
Пургаториус (Purgatorius mckeeveri) Иллюстрация: Andrey Atuchin, burkemuseum.org
Ясно одно – когда-то наши предки обладали монокулярным зрением: глаза у них были, как у современных парнокопытных, то есть располагались по бокам. И у каждого глаза имелось свое поле зрения. Но поскольку приматоморфы стали древесными – им понадобилась возможность видеть вперед, чтобы прыгать с ветки на ветку, – то развивали бинокулярность: способность различать объект обоими глазами одновременно. Она может достигаться по-разному: или поворотом глазниц вперед (что и случилось с нашими пращурами), или поворотом самого глаза – глазницы при этом поворачиваются лишь отчасти.
ОДНАКО ВСЕ МОГЛО БЫТЬ И ПО-ДРУГОМУ. НАПРИМЕР, КАК У КОШЕК
«Последний вариант, например, получился у долгопятов, глазница которых ориентирована наискосок, а глаз – строго вперед, – продолжает Дробышевский. – На живом существе это незаметно, но видно на его черепе. Другие приматы сместили глаза вперед, а чтобы при этом они не вываливались – стала укрепляться стенка глазницы. Раньше вместо нее была лишь поддерживающая глаз дужка. “Воспоминание” о тех далеких временах осталось даже на человеческом черепе – в виде верхней и нижней глазничной щели, на месте которых когда-то были здоровые отверстия».
В итоге примерно 35 млн лет назад глазницы у наших предков, наконец, становятся бинокулярными. Хотя истинной бинокулярности не было даже у первых обезьян (сухоносых приматов), поэтому они прыгали по веткам далеко не так здорово, как их потомки. В общем, совершенствование наших глаз шло долго и муторно. Однако все могло быть и по-другому. Например, как у кошек.
«У живого зверя бинокулярность идеальная, но на самом деле, если смотреть на череп – глаза его должны быть направлены немного вбок, – говорит Станислав Владимирович. – А еще у кошачьей глазницы вообще нет стенки и даже дужки – только скуловая дуга. То есть технически бинокулярность может достигаться по-разному. У нас повернулись сами глазницы, а не глаза, потому что сзади на них еще и “давили” мозги, которые фактически вытолкнули наши глаза вперед».
Глаз дороже носа
Зрение для приматов, как известно, важнее нюха. Еще важнее – цветное зрение. Наши предки потеряли «полноцветное» зрение, строго говоря, еще в мезозое. А вот у рептилийных пращуров, включая и современных рыб, зрение не просто цветное – они видят не только красный, зеленый и синий, но и ультрафиолет. Кстати, число различаемых нами цветов определяется белками-опсинами, которые реагируют на определенную длину волны света. У большинства позвоночных всего 4 их варианта, у бабочек и пчел – 5, а у какого-нибудь рака-богомола – 16 (по некоторым, данным – 12)! Его илистый и унылый для нас мир на самом деле похож на радугу. 
Станислав Дробышевский: «Наши мезозойские млекопитающие предки, прячущиеся от динозавров в лесной подстилке, потеряли и ультрафиолет, и красный. Вообще ультрафиолет могли бы и не терять, так как он позволяет видеть в темноте. Но то была термоэра – там было тепло, поэтому, вероятно, никакой пользы от ультрафиолета тогда не было, а красный цвет все равно не различишь в темноте. Мы остались с зеленым и синим».
Станислав Дробышевский: «Наши мезозойские млекопитающие предки, прячущиеся от динозавров в лесной подстилке, потеряли и ультрафиолет, и красный. Вообще ультрафиолет могли бы и не терять, так как он позволяет видеть в темноте. Но то была термоэра – там было тепло, поэтому, вероятно, никакой пользы от ультрафиолета тогда не было, а красный цвет все равно не различишь в темноте. Мы остались с зеленым и синим».
И когда наши праотцы были ночными – эта схема прекрасно работала, но как только они стали выходить «в свет» и питаться фруктами – начались проблемы, потому что зрелые фрукты – цветные (ведь они адаптированы под птиц, у которых все в порядке со зрением). А задача фрукта – быть ярким, выделяться на зеленой листве, чтобы его заметили издалека: птица подлетела, расклевала, семечки разнесла по округе.
«Кроме того, наши предки ведь были и насекомоядными, а насекомые тоже бывают цветными. В результате мы снова стали видеть красный цвет. Интересно, что это происходило дважды и независимо. У широконосых обезьян, живущих в Южной Америке, – капуцинов, игрунок, ревунов – отдельно, а у узконосых – мартышко- и человекообразных – отдельно», – говорит Дробышевский.
У первых это произошло за счет одного аллеля. Дело в том, что ген зеленого цвета существует в двух вариантах и находится на X-хромосоме. Поэтому самцы, имеющие в своем геноме не два икса, как у самок, а XY-хромосомы, по определению дальтоники: они видят или красный, или зеленый, а оба сразу – не могут. Некоторые самки, у которых на обоих иксах одинаковые аллели, тоже видят либо красный, либо зеленый, а вот везучие особи женского пола имеют на одном иксе зеленый, а на другом – красный ген, и видят оба цвета. Тем самым у них есть преимущество. Поэтому существует предположение, что за счет этого они становятся главными в группе, так как лучше различают фрукты и хищников.
Но человеку повезло больше, потому что в нашей узконосой линии где-то 30 млн лет назад путем так называемой дупликации – разновидности хромосомной перестройки – удвоился один из «цветных» генов. Появилась копия «зеленого» гена, которая мутировала и стала «видеть» красный. Поэтому сегодня мы различаем оба цвета. Но что характерно – точно так же, как и у широконосых обезьян, этот процесс происходит на X-хромосоме, отчего тоже случается дальтонизм, который соответственно чаще бывает у мужчин, ведь у них такая хромосома всего одна.
Если у мужчины на одном из иксов ген распознавания красного поломан, а второго икса нет, то он будет дальтоником. А если у женщины на одном поломан, то на втором он может быть нормальным, и она будет хорошо различать цвета. Есть, правда, невезучие женщины, у которых поломка на обоих иксах, но такая вероятность очень мала (это может произойти, например, из-за близкородственных скрещиваний). Поэтому то, что самки способны различать больше цветов, обусловлено не внешними факторами (например, тем, что особям женского пола нужно более тщательно искать фрукты, чтобы кормить детенышей), а случайностью. По аналогии с тем, как на Y-хромосоме есть ген волосатости ушей, который тоже никому не нужен, но он есть. Поэтому у женщин не бывает волосатых ушей, а у мужчин бывает.
Так мы и стали видеть красный, а вот с ультрафиолетом вышла накладка. «Еще есть такой интересный момент: исследования показали, что некоторые женщины различают два красных цвета. Может быть, поэтому розовый считается женским цветом. Как это отражается на их жизни – никто не знает. Попытки узнать ничего не дали. Выяснилось, что разницы вроде бы нет, однако это, по крайней мере, потенциал для следующих изменений. Если этот аллель мутирует как-то еще, то мы сможем, например, видеть инфракрасный, поэтому у нас все впереди», – продолжает Станислав Владимирович.
О пользе жизни на природе
У наших ближайших родичей – человекообразных обезьян – со зрением все в порядке. Тогда почему же с ним так много проблем у человека?
«По двум причинам, – говорит Дробышевский. – Во-первых, потому что современные люди живут очень долго – мы просто доживаем до проблем со зрением. А обезьяны в лесу – нет. Если у них будут проблемы со зрением, то они, скорее всего, довольно быстро помрут, так как не смогут искать еду, убегать от хищников и прыгать с ветки на ветку. А во-вторых, у нас ослабленный отбор. Выживают все, в том числе и я со своим врожденным астигматизмом. Очки надел – и все. Даже полностью слепые люди существуют за счет общества. И это касается не только зрения, а чего угодно».
ЕСЛИ ОБЕЗЬЯН СТОЛЕТИЯМИ ДЕРЖАТЬ В ЦИВИЛИЗАЦИИ И ЗАСТАВИТЬ ИХ ЧИТАТЬ ГАЗЕТЫ, ТО ПРОБЛЕМЫ СО ЗРЕНИЕМ ИМ ОБЕСПЕЧЕНЫ
Есть еще и третий момент – сегодня мы живем не той жизнью, для которой нас готовила эволюция, по крайней мере, последние пару миллионов лет. То есть к тому, чтобы мы бегали по саванне и охотились на антилоп. Вместо этого мы живем в городах, смотрим в мониторы и едим бургеры. А главное – редко смотрим вдаль.
Станислав Дробышевский: «Наше зрение приспособлено видеть далеко, мы же смотрим на расстоянии пары метров. Такого вообще не было в нашей истории. Разве что у пургаториусов в палеоцене, но по сравнению с размерами этих животных, параметров для них – это далеко. Фокусировка глаза, мускулатура – все работает не на те дальности, на которые рассчитано. Отсюда и проблемы со зрением».
Если же человек – охотник и живет на природе, то, будьте покойны, зрение у него стопроцентное. «Есть чудесное описание, как один из представителей северных народов – эскимос, эвенк или чукча – невооруженным взглядом в XVIII или XIX веке видел затмение спутников Юпитера. Обычный человек и Юпитер-то не разглядит, а он видел не только его крохотные спутники, но даже их затмение! И описывал это как то, что “большая звезда глотает маленькие звездочки”. Его слова проверяли при помощи телескопа – все сошлось. Потому что этот охотник всю жизнь смотрел вдаль. Вот такое зрение у нас и должно быть “по задумке” эволюции, а то, что я с четырех метров уже ничего не вижу, – это совсем неправильно. Так что, если обезьян столетиями держать в цивилизации и заставить их читать газеты, то проблемы со зрением им обеспечены», – заключает Станислав Владимирович.
Общество
Ольга Фадеева
Машины и Механизмы
Всего 0 комментариев
Глазами нейросети
Выйти из Сумрака: как выглядит темная сторона Луны
На сушу: как водоросли колонизировали мир
Беспилотники. Начало: как появились дроны
Вначале был Петр: откуда пошел Ватикан
