Evoluce oka

Příroda je schopna tvořit i komplikované nástroje, pokud na to má tři sta až pět set milionů let. Během doby se u různých skupin živočichů vytvořilo asi devět optických systémů, mezi nimi různé typy pohárkovitého oka, složené oči a komorové oko, vybavené optickou čočkou.

Oko sova Dokonalosti našeho zrakového orgánu se ve svém Původu druhů obdivoval i zakladatel evoluční teorie Charles Darwin. Právě tato relativní dokonalost se těžko slučovala s Darwinovým vývojovým pojetím. Mohlo něco tak perfektního vzniknout pouhým přirozeným výběrem? Vyvinulo se oko opravdu z tak nepatrných začátků, jakými jsou roztroušené smyslové buňky v pokožce dešťovky? Sám Darwin musel uznat, že tato domněnka vypadá do značné míry absurdně. Odpůrci jeho teorie dodnes často zdůrazňují své pochybnosti právě strukturou oka. Není možné, tvrdí, aby se komplexní a dokonalý orgán vyvinul z tak nepatrných počátků.

Praoko

Již u živočichů známých za Darwinových časů najdeme dostatek příkladů zrakových orgánů, které tvoří mezistupně na cestě k opravdovému, zobrazujícímu oku. Kreativita přírody dala ve světě zvířat přibližně čtyřicetkrát až šedesátkrát vzniknout zcela novým optickým orgánům. Příroda je schopna tvořit i komplikované nástroje, pokud na to má tři sta až pět set milionů let. Během této doby se u různých skupin živočichů vytvořilo asi devět optických systémů, mezi nimi různé typy pohárkovitého oka, složené oči a komorové oko, vybavené optickou čočkou.

Na počátku zřejmě bylo jakési praoko. Vědci nedávno objevili gen, který se vyskytuje v téměř identické podobě u myší, octomilek a mnohých jiných druhů, a řídí vznik oka.

Původní optický orgán nebyl zvlášť komplexní. Zřejmě byl tvořen vrstvou smyslových buněk, které svému nositeli pomohly, aby dokázal rozlišovat mezi světlem a tmou. Nikdo nemůže říci, jak vypadal předek všech živočichů majících oči. Podle vědců mohl žít před miliardou let v moři a v jeho kůži byla místa reagující na světlo. Některé hvězdice, medúzy a žížaly mají dodnes v pokožce roztroušené světločivné buňky, podobné možná onomu praoku. Na předním konci má žížala výraznější nakupení těchto buněk. Využívá je k tomu, aby se zavrtala před denním světlem hlouběji do půdy.

Další vývoj oka

Další přímé vývojové formy jsou známé právě tak málo jako první tvor, který se naučil vnímat světlo. Mezi současnými živočichy disponují ploštěnky optickým systémem, který již dokáže o něco víc. Dva symetrické shluky na jejich hlavě sestávají vždy z přibližně tisíce těsně vedle sebe uložených světločivých buněk. Tyto oční skvrny jsou uloženy zpoloviny v pigmentové prohlubni. Světlo dopadá jen na nezakrytou část a umožňuje živočichovi určit směr dopadajícího světla. S trochou dobré vůle by se ploštěnka dala považovat za tvora s dvěma očima. Jejich uložení v miskovité prohlubni současně zajišťuje lepší ochranu před poraněním.

Tato inovace se prosadila u četných dalších populací živočichů. U některých se prohlubeň zvětšila v pohárkovité oko, které vypadá jako nepatrná nádobka vystlaná citlivým epitelem. Ochrana před nárazy není jedinou předností tohoto uspořádání. Hlubší uložení umožňuje i přesnější lokalizaci světelného zdroje.

Současní živočichové poskytují příklady různého stupně zahloubení. U některých hvězdic je miskovité, u mušlí a červů se vyvinuly jakési pohárky nebo váčky. K vykreslení přesnějšího obrazu vnějšího světa chybí už jen jediné, co nejvíc zúžit otvor a prohloubit pohárek při co nejhustším nakupení citlivých buněk. Jedinci, kteří toho dosáhli, měli díky dokonalejší orientaci lepší šanci na přežití. Nakonec dopadalo světlo do dutého kulového prostoru jen velmi úzkou skulinou a vytvářelo na citlivé vrstvě buněk převrácený obraz vnějšího světa. Vznikla jakási biologická camera obscura.

Čočka v centru dalšího vývoje oka

Řada živočichů díky novému komorovému oku doslova prohlédla. Například Nautilus, starobylý druh, příbuzný vymřelých amonitů. Pohybuje se v moři ve spirálovitě stočené schránce, z níž ven vykukují jen natažená chapadla a kulovité komorové oči, přibližně jeden centimetr hluboké. Jejich sítnice obsahují na čtyři miliony citlivých buněk. V hlubších vrstvách musí rozevřít zornice zhruba na tři milimetry, aby v šeru rozeznal alespoň nejasné obrysy. Když vystoupí do prosvětlenějších vyšších vrstev, zúží se zorničky jako clona fotoaparátu, a obraz se rázem zaostří.

Sítnice i zorničky loděnky již splňují jisté parametry, které bychom očekávali od dokonalého oka. Oko loděnky má však stále jednu výraznou nevýhodu. Ostrého vidění se dosahuje zúžením zorniček, a tedy na úkor světlosti. Řešením problému a posledním vývojovým skokem je průhledná flexibilní čočka, jak ji známe u lidského oka.

Tento dokonalý optický nástroj nevznikl najednou, má své mezistupně. Výzkumy ukázaly, že stačí vyplnit oční dutinu jakoukoliv průhlednou náplní a kvalita vidění se podstatně zlepší. Příkladem může být známý hlemýžď zahradní. Slušný výkon, ale pořád ještě příliš málo ve srovnání s lidským okem.

Proč se vlastně vývoj hlemýždího oka zastavil před poslední, zatím nejdokonalejší formou? Nemohlo by dokonalejší zrakové ústrojí lépe ochránit hlemýždě před neslavným koncem na talířích gurmánů ve vybraných restauracích?

I na tuto otázku mají vývojoví biologové připravenu odpověď. Oko s vysokou rozlišitelností a dokonalým zobrazením potřebuje prostor. Pro malé živočichy by to znamenalo zátěž, kterou by získaná výhoda nemohla vyrovnat. Ostatně bychom vůbec měli opustit představu, že někteří tvorové uvízli se svým zrakovým orgánem kdesi v půli cesty evoluce. Naopak, většinou mají ideální oči pro svůj životní styl.

Simulovaný vývoj čočky

Při hledání jednotlivých vývojových stadií oka se nemůžeme opřít o přímé vzorky, ale víceméně je pouze odhadujeme podle dnes žijících zástupců různých typů zrakových orgánů. Průhledné látky se příkladně vyskytují u různých typů oka. Vybaveni jsou jimi měkkýši a červi a mohou mít podobu silnějšího filmu nad citlivou buněčnou vrstvou nebo zcela vyplňovat pohárek oka. Rosolovitý povlak měl zpočátku patrně pouze ochrannou funkci a až v průběhu vývoje se jeho účel změnil.

Švédští biologové Dan Nilsson a Susanne Pelgerová se pokusili pravděpodobnou vývojovou cestu oka prověřit pomocí počítačové simulace. Výchozím materiálem pro ně byla plochá vrstva světločivých buněk s neprůhledným podkladem, krytá transparentním povlakem. Tento virtuální orgán nechali projít "vývojem" po několik tisíc generací podle daných pravidel: Drobné mutace měnily sílu průhledné vrstvy citlivých buněk. Změny se děly náhodně, ale pokud některá z nich zlepšila kvalitu obrazu alespoň o jedno procento, byla ponechána i příštím generacím.

Výsledek byl překvapivý, během necelých dvou tisíc vývojových kroků se tvořil stále dokonalejší vyplněný pohárek, až nakonec vzniklo oko s čočkou, podobné rybímu.

V návazné sérii pokusů se oba badatelé pokusili uvést výsledky do vztahu k realitě a vypočítat, za jak dlouho se rybí oko skutečně mohlo vyvinout. Přestože vzali v úvahu všechny možné překážky a volili spíše pomalejší prosazování změn, byl jejich výsledek překvapivý. K vývoji rybího oka stačí tři sta šedesát tisíc generací. Není to ani půl milionu let, v dějinách života na Zemi vlastně pouze malý okamžik. Závěr těchto studií jasně ukazuje, že postupný vývoj vysoce specializovaných orgánů není nic nemožného. Naopak, počítačová analýza a koneckonců i pohled do živočišné říše kolem nás nám říká, že oči patřily spíš k těm jednodušším úkolům evoluce.

Další články

Vývoj savců
Zvířata a orientace - V přírodě můžeme nalézt živočichy, kteří se s jistotou orientují na tisícikilometrových trasách.
Hadí a plazí kůže je výjimečný orgán.

Informační stránky Yin.cz Jak Google využívá data, když používáte weby nebo aplikace našich partnerů