Lidské oko má gen pocházející původně z medúzy

Zrakem přijímá člověk zhruba tři čtvrtiny všech vjemů ze svého okolí. Položma si však otázku, jakým způsobem jsme vlastně k našim očím přišli? Na to do značně míry úspěšně hledají odpověď také čeští vědci, kteří navíc odhalili do té doby nečekanou spojitost mezi vývojem lidského zraku a sluchu.

Přísloví popisující úzkostlivou péči o zrak slovy "chránit jako oko v hlavě", nepřehání. Oči máme uloženy bezpečným způsobem hluboko v pevnými kostmi chráněných očnicích lebky a navíc je můžeme uzavřít zavřením očních víček. Doslova a do písmene je tak v mžiku dokážeme vzduchotěsně i vodotěsně oddělit od okolí. A vskkutku, není divu, že si oči tak důkladně chráníme!

Oko zviklalo i Darwina

Oko medúzy Tripedalia cystophora Oko je jedním z mistrovských výtvorů přírody. Zdá se být orgánem tak dokonalým, že se téměř ani nechce věřit, že evoluce oko vypiplala v nekonečné řadě pokusů a omylů. Tato okolnost trápila již zakladatele evoluční teorie Charlese Darwina, který věnoval ve svém díle "O původu druhů" jednu kapitolu fenoménům, s jejichž vysvětlením může mít evoluční teorie potíže. Přední místo mezi "citlivými body" Darwinovy teorie pak zaujlo právě oko a jeho vývoj. Velký britský přírodovědec jako by již předem slyšel námitky z řad odpůrců evoluce: "Copak mohlo něco tak složitého a dokonalého jako oko vzniknout postupným vývojem? K čemu by byly živočichům všechny evoluční polotovary? Vždyť by jimi nic neviděl?" Dnešní biologie už se námitek vůči evoluci oka neobává. Naopak, právě výzkum vzniku tohoto smyslového orgánu dal zastáncům evoluce do rukou argumenty o tom, že se pozemský život skutečně vyvíjel a nebyl stvořen.

Česká věda na tomto poli nezahálí a dosáhla nemalých úspěchů zásluhou biologů z Ústavu molekulární genetiky Akademie věd v Praze, které vede RNDr. Zbyněk Kozmík, CSc. Záhady vývoje oka zkoumají pražští vědci na medúze čtyřhrance druhu Tripedalia cystophora.

Oko jak biologický fotoaparát v hlavě

Příroda vybavila živočichy zrakovými orgány rozmanitých konstrukcí. Mezi ty nejjednodušším z nich patří světločivné skvrny, které dokážou rozlišit tmu od světla a svým majitelům slouží obvykle pouze k základní orientaci. Někteří se před slunečním svitem stahují do stínu, druzí jej naopak aktivně vyhledávají. Mnozí z tvorů jsou vybaveni celou sadu jednoduchých oček rozeznávajících pohyblivé předměty. Obvykle jimi vyhlížejí své přirozené nepřátele. Takovýma očima jsou vybaveni například někteří mořští mlži. Hmyz má taktéž stovky jednoduchých oček. Ta však nefungují jednotlivě, ale jsou složena do velkého oka.

Za vrchol evoluce obvykle považujeme komorové oči vybavené čočkou. Ty svou optikou připomínají fotoaparát, v kterém film nahrazuje vrstva světločivných buněk sítnice. Na svět se tímto typem očí dívají nejen obratlovci včetně člověka, ale například i sépie a chobotnice.

Oko i na koleně

Množství typů oka mezi je zástupci pozemské fauny až neuvěřitelně bohatý. Vědci dlouho předpokládali, že se různé typy oka vyvinuly nezávisle na sobě. Například velmi podobná stavba oka savců a chobotnic byla uváděna jako učebnicová ukázka tzv. konvergentního vývoje, při němž příroda objevila nezávisle na sobě dvakrát jedno a totéž.

Molekulární genetika však odhalila, že všechny typy očí vychází ze společných evolučních kořenů. Platí to nejen pro komorové oči obratlovců a hlavonožců, ale dokonce i pro na první pohled zcela odlišné koncepce komorových očí a složeného oka hmyzu. Při vzniku většiny typů oka sehrává klíčovou roli gen Pax6, který působí jako dirigent celé řady dalších genů nezbytných pro vznik zrakového orgánu. Roli genu Pax6 potvrdily četné experimenty. Poškození tohoto genu, ať již vniká spontánně nebo je navozeno umělým zásahem člověka, vyvolává vážné defekty oka nejen u savců ale i u mušky octomilky. O tom, že gen Pax6 neztrácí na síle ani při působení u evolučně velmi vzdálených tvorů, se genetici přesvědčili v bezmála hororovém experimentu. Nechali při něm v různých částech těla octomilky působit myší gen Pax6. Po tomto zásahu vznikaly mušky s okem narostlým v novém působišti myšího genu. Octomilky tak měly oči například na končetině nebo na hrudi.

Jak to dělá medúza?

I přes dosavadní neoddiskutovatelné úspěchy vědci ještě ani zdaleka neodhalili veškeré záhady opřádajícící evoluční cesty vedoucí ke vzniku oka. Medúza čtyřhranka druhu Tripedalia cystophora se jim tak nabízí jako vhodný průvodce po cestě směřující k odhalení evolučních tajů spojených se znikem lidského oka. V každém ze čtyř rohů svého těla nese ve zvláštním orgánu zvaném rhopalium hned šestici pozoruhodných očí. Dvě oči jsou vybaveny čočkou a vnitřní stavbou se v mnoha směrech podobají oku vývojově mnohem pokročilejších obratlovců. Čtveřice zbývajících oček už je o poznání primitivnější. Jak to medúza dělá, že si dokáže pořídit hned dva typy oka? A jak se vzmohla na oko, které bychom očekávali až u vývojově mnohem pokročilejších živočichů? Zodpovězení podobných otázek nám mnohé napoví i o tom, jak jsme se dopracovali ke svému pohledu na svět my lidé.

Na velikosti u vývoje oka nezáleží

Jednu z nejstarších kapitol vývoje oka odhalil spolu se švýcarskými a americkými kolegy doktor Zbyněk Kozmik. Pomohla jim v tom karibská medúza Tripedalia cystophora, již zoologové řadí mezi čtyřhranky z řádu Carybdeidea. Čtyřhranky obývají teplá moře a jak již napovídá jejich jméno, zvonec jejich těla má čtyřhranný tvar. U některých druhů bývá zvonec zespodu z větší částí uzavřen clonou zvanou velarium. Otvor ponechaný ve velariu působí při vypuzení vody ze zvonce jako tryska. Čtyřhranky se díky němu pohybují mnohem rychleji než většina ostatních medúz. Pro některé není problém vyvinout rychlost 8 kilometrů v hodině. Pokud nebereme v úvahu dlouhá lepkavá ramena některých druhů čtyřhranek, pak jsou tyto medúzy skutečnými trpaslíky. Většina jich neměří více než pár centimetrů.

Medúza Tripedalia cystophora dorůstá délky těla kolem pouhých 6 milimetrů, čímž patří tak mezi absolutně nejmenší medúzy světových moří a oceánů. Její význam pro biologii a molekulární genetiku se však neodvíjí od jejích tělesných proporcí. Díky svým vlastnostem slouží přírodovědcům jako vynikající modelový organismus a dovede badatele i překvapit. Doktor Zbyněk Kozmík například zjistil, že tato čtyřhranka postrádá "okotvorný" gen Pax6. Místo něj jí slouží k řízení růstu očí a oček evolučně starobylý gen PaxB. Ten spouští v těle medúzy geny pro tvorbu oční čočky i pro tvorbu světločivných pigmentů.

Gen z oka do ucha

Gen PaxB měl velmi zajímavý osud. U vývojově vyšších živočichů se starobylý gen nejprve zdvojil a následně se role obou totožných kopií genu rozešly. Jedna si v podobě genu Pax6 podržela nadvládu nad tvorbou oka, druhá se změnila v gen Pax2 a prodělala přitom takovou přestavbu, že o moc nad vývojem oka přišla.

K zajímavým objevům doktora Kozmíka patří i zjištění, že se u medúzy Tripedalia cystophora neomezuje účinkování genu PaxB pouze na oko. Gen se probouzí k činnosti i v orgánu, který je předobrazem sluchového a rovnovážného ústrojí vývojově pokročilejších tvorů. Na vývoji těchto orgánů u mnoha živočichů, muškami octomilkami počínaje a člověkem konče, se podílí "uchotvorný" gen Pax2, který je stejně jako "okotvorný" gen Pax6 "potomkem" starobylého genu PaxB.

Z výzkumů doktora Kozmíka na maličké karibské medúze vyplývá velmi zajímavý závěr. Zrakové, sluchové a rovnovážné orgány se dnes od sebe na první pohled hodně liší, mají však společné evoluční kořeny. Správnost této představy dokládá fakt, že například v lidské sítnici a vnitřním uchu pracují stejné geny a jejich postižení vede k poruchám zraku i sluchu. Výzkum na medúze čtyřhrance dává odpověď, co právě tyto dva zdánlivě nezávislé smysly spojuje.

Dobré oko avšak špatný zrak

Příroda vybavila medúzu čtyřhranku do značné míry dokonale stavěným okem. Podobným způsobem konstruované oko zajišťuje pod vodou ostrý zrak sépiím, chobotnicím nebo rybám. Tito tvorové mají oko mnohem vyklenutější než obyvatelé souše, protože se musejí vypořádat se specifickými optickými vlastnostmi vodního prostředí. Někteří živočichové řeší dokonce problém vidění na vzduchu a ve vodě rozdělením oka na dvě části, z nichž jedna se dívá pod hladinou a druhá je přizpůsobena sledování světa mimo vodní živel. Platí to například o vodních broucích vírnících nebo o rybách rodu Anableps z Jižní Ameriky.

Oko medúzy Tripedalia cystophora jako kdyby zapomnělo na optické zákonitosti vodního světa. Evoluce je zformovala zdánlivě úplně chybně. Medúza se s ním nedomůže zaostřeného obrazu a ten se tak na její sítnici promítá rozmazaný. "Je to jako kdyby se na svět díval krátkozraký člověk bez brýlí," komentuje kvality zraku medúzy Tripedalia cystophora dr. Kozmík.

Vybíravý lovec

Zdánlivá chyba evoluce je však ve skutečnosti velmi účelná. Medúze špatný zrak vyhovuje, protože je povznesena nad detaily. Patří mezi nemnoho druhů medúz, které si opatřují potravu aktivním lovem. Hledá kořist, kterou pronásleduje a nakonec uchvátí. Droboučké tvory, jako je třeba mikroskopický plankton, však okázale ignoruje. Chabým zrakem odhalí jen to, co potřebuje, tedy tvory dost velké na to, aby se je vyplatilo štvát, ulovit a sežrat. K rozeznávání těchto tvorů v detailně vykresleném obraze svého okolí není vybavena. Její nervovou soustavu tvoří nervový prstenec a nervové uzliny spojené s očima. Ostrý obraz z dokonale fungujícího oka by s pomocí této chabé výbavy zpracovat a vyhodnotit nedokázala. Rozmazané šmouhy ale zvládne.

Pravidlo, že méně je někdy více má při vyhodnocování komplikovaných obrazů v přírodě obecnější platnost. S obrazem světa načrtnutým jen v hrubých obrysech se úplně spokojí i letící hmyzu, který pro základní orientaci a pozorování obzoru rovněž nepotřebuje detaily.

Co kdo vidí?

Člověk a spolu s ním i ostatní primáti vnímají svět v barvách od modré po červenou, tedy světlo s vlnovou délkou zhruba od 400 do 700 nanometrů. Podobně vidí barvy i oko ptáků, i když citlivost má mírně posunutu k modrým barvám. Hlubinné ryby mají naopak oči citlivé výhradně na světlo modré barvy pronikající pod mořskou hladinu nejhlouběji. Motýli vidí ultrafialové světlo s vlnovou délkou kratší než 400 nanometrů, ale nevidí červenou. Některé druhy hadů vnímají široké spektrum světla od ultrafialové až po infračervenou (nad 700 nanometrů). Podobné spektrum citlivosti mají i oči mnohých ryb.

Oko jako zmetek

Ponechme stranou fakt, že nad optickými vlastnostmi lidského oka by se každý optik pohrdlivě ušklíbl. Jeho vady při zobrazování koriguje mozek tak dokonale, že se můžeme na zrak bez obav spolehnout. Stejně tak se až v mozku dostává do správné polohy převrácený obraz, který zachytí sítnice našeho oka.

Oko obratlovců však má jednu závažnou konstrukční vadu, která se dá považovat za "omyl přírody". Vrstva světločivných buněk sítnice, čípků a tyčinek, leží pod vrstvou nervových buněk, které snímají signál zachycený sítnicí. Světlo tedy nejprve prochází nervovými buňkami, které jsou ke světlu necitlivé, a teprve přes ně se prodere k buňkám, jež jsou určeny k jeho zachycení.

Je zajímavé, že oko hlavonožců takovýmto konstrukčním nedostatkem netrpí. V jeho případě přicházejícímu světlu leží jako první v cestě světločivné buňky a až za nimi jsou uloženy nervové buňky přivádějící signál zachyceného světla do mozkových uzlin k dalšímu zpracování.

Kořen všech očí světa

Dříve se přírodovědci domnívali, že se v přírodě vyvinulo oko nezávisle na sobě zhruba padesátkrát a to především proto, že si jen stěží dokázali představit kupříkladu společný původ lidského komorového oka a složeného oka hmyzu. Genetici však tento společný kořen všech očí odhalili. Je jím gen Pax6, který řídí založení oka nejen u obratlovců a hmyzu, ale také například i u chobotnic.

Jedovatý příbuzný medúzy čtyřhranky, jehož jed ze žahavých buněk vyvolává silné křeče.

Bude nám ctí uvítat vás na dalších stránkách informačního portálu Yin.cz. Katalogu internetových stránek o RPG hrách RPG hry, Stránkách věnovaných Číně, čínské kultuře, historii a informacím o této zemi Čína, virtuálním chrámu buddhy Kuan Jin a sbírce omylů katalogizujícímu nejčastější omyly.

Další články na téma oko

Zatím žádné další články na téma oko nebyly na stránkách internetového časopisu Oko oko.yin.cz nalezeny. V nejbližší době se tato nepříznivá situace zajisté radikálně změní.

Další témata:

Složitá evoluce oka dokázala vytvořit i takto složitý orgán.

Na první pohled zdánlivě nicotný bod je ve skutečnosti důležitá záležitost. Bod se nepozorovaně prolíná lidskou technikou i uměním.

Rozlehlý tropický deštný prales je královstvím stromů. Tropický deštný prales představuje biom charakteristický stálým teplem a vysokými srážkami.

Léčivá bylina rdesno hadí kořen se užívá především proti zánětům a průjmům. Na rdesno hadí kořen lze v přírodě narazit zejména v podhorských a horských lokalitách s dostatkem vláhy.

Tropické deštné pralesy rostoucí v Kostarice tvoří gigantické stromy, jejichž kmeny a koruny se proplétají s hustou vegetací.

Sponzorované odkazy:

Teplý čaj zahřeje.

Dovolená v zemi Turecko dopřeje odpočinek po prací vyplněném roce.

Éčka v potravinách, kódy a látky.

Dračí oko je hra na akčním principu s prvky RPG kde hlavní funkce ovládáte myší.

Internetový časopis Oko

Informační stránky Yin.cz