تکامل چشم

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
مراحل تکامل چشم

تکامل چشم به عنوان یکی از موضوعات قابل توجه برای مطالعه، یکی از مثال‌های ممتاز از اندام های هم‌ساختار درتعدادخیلی زیادی از گونه‌های متفاوت است. شاخص‌هایی از چشم مانند رنگدانه ها نشان می‌دهد که جزء اولین خروجی‌های تکامل چشم قبل از انشعاب حیوانات بوده‌است. اگرچه، چشم‌های پیچیده کنونی، ۵۰ تا ۱۰۰بار[۱] بیشتر با پروتئین‌ها و ساختارهای ژنتیکی یکسان تکامل یافته‌اند..[۲][۳]

چشمهای پیچیده میلیون‌ها سال پیش در دوره‌ای به نام انفجار کمبرین تکامل یافته‌اند. هیچ شاهدی دال بر وجود چشم‌ها قبل از این مرحله وجود ندارد، اما طیف وسیعی از تنوع در کمبرین میانی "بورگس شیل" مشهود است. طیف وسیعی از سازگاری در چشم جهت تامین نیازهای موجود زنده‌ای که حامل آن است به وجود آمده‌است. توانایی چشم‌ها در میزان تیزبینی، دامنه طول موج‌هایی که می‌توانند دریافت کنند، حساسیتشان در نور کم، کشف حرکتها یا تشخیص اشیا و تعیین رنگ‌ها تغییر کرده‌است.

تاریخچه پژوهش[ویرایش]

چشم انسان ,عنبیه

ساختار پیچیده چشم به عنوان شاهدی برای حمایت از نظریه خلقت استفاده می‌شود، که این نظریه در مقابل نظریه تکامل است که بیان می‌کند موجودات به وسیله انتخاب طبیعی تکامل یافته‌اند. در سال ۱۸۰۲ فیلسوفی به نام ویلیام پیلی خلقت چشم را معجزه طراحی نامید. خود چارلز داروین در کتاب منشاء گونه‌ها بیان داشته که تکامل چشم به وسیله انتخاب طبیعی در نگاه اول به نظراحمقانه و پوچ می‌آید اما شرح می‌دهد که بر خلاف سختی که در تصور کردنش وجود دارد، این نظریه کاملاً درست است:

... چون حصول چشم به طور حتم با مداخله انتخاب طبیعی روی داده، عقل حکم می‌کند که می توان تمام درجات تکامل بینابینی را از چشم ساده غیر کامل گرفته تا چشم پیچیده کامل کشف و برملا کرد، البته هریک از درجات بینابینی برای صاحبش امتیازی در بر خواهد داشت. علاوه بر این اگر تغییر چشم اهسته و پیوسته روی نداده باشد و تغییرات صرفاً ناگهانی و ارثی باشد که ارثی بودنش در محل خود صحیح هم هست، در شرایط متحول حیات، این تغییرات بایستی به حال موجود زنده مفید بوده باشد، پس حصول چشمی بهبود یافته و کامل به یاری انتخاب طبیعی، هر چند در عالم تصور غیرممکن می‌نماید، در واقع اشکال جدی ندارد.[۴]

داروین یک رده‌بندی از ساده‌ترین اندامی که می توان آن را چشم نامید که عبارت است از «عصب بینایی که به وسیله سلولهای حاوی رنگدانه احاطه شده و توسط غشاء شفافی دربرگرفته شده‌است و از عدسی یا هر مکانیسم دیگری خبری نیست» تا مراحل میانی کمال را با دادن مثالهایی از طبقه میانی تکامل پیشنهاد می‌کند.[۴]خیلی زود مشخص شد که پیشنهاد داروین درست بوده و تحقیقات کنونی , مکانیسم‌های ژنتیکی درگیر در تکامل چشم را بررسی می‌کند.[۵]

سرعت تکامل[ویرایش]

نخستین سنگواره‌های یافت شده از چشم مربوط به اوایل دوره کامبرین می‌باشد (۵۴۰ میلیون سال پیش).[۶] این دوره، دوره انفجار تکامل است و انفجار کامبرین نام گرفته است. یکی از نظریه‌های موجود در مورد علت این تنوع تئوری "کلید نور" اندرو پارکر [۷] است که بیان می‌کند تکامل چشم زمینه رقابت برای برتری جویی را ایجاد کرد که این باعث تسریع در روند تکامل شد.[۸]تا قبل از این، موجوات زنده از قابلیت حساسیت به نور استفاده می‌کردند ولی نه برای حرکت سریع یا هدایت به وسیله دید.

از آنجا که بایگانی فسیل‌ها به ویژه از دورهٔ کمبرین اولیه ناچیز است، تخمین سرعت تکامل چشم کار سختی است. یک مدل ساده با قرار دادن جهش‌های کوچک در معرض انتخاب طبیعی نشان می‌دهد که اندام بینایی اولیه که بر اساس بهره‌وری رنگدانه‌های نوری کار می‌کردند می توانستند به چشم پیچیده مانند چشم انسان طی ۴۰۰۰۰۰ سال تکامل پیدا کرده باشند.[۹]

تک‌منشائی یا چندمنشائی[ویرایش]

این که فرض کنیم چشم در یک مرحله تکامل یافته یا در چندین مرحله بستگی به تعریف ما از چشم دارد. بسیاری از مکانیسم‌های ژنتیکی که در تکامل چشم درگیر هستند در تمام موجودات زنده مشترکند که این امر اشاره دارد به اینکه جدشان از یک سری مکانیسمهای حساس به نور استفاده می‌کرده – حتی اگر عضو اختصاص یافته‌ای برای بینایی نداشته باشند.اگرچه ، حتی ممکن است سلول های گیرنده نور در بیشتر از یک مرحله از مولکول های شبیه به گیرنده های شیمیایی تکامل یافته باشندو سلول های حساس به نور خیلی قبل تر از انفجار کامبرین به وجود امده باشند.[۱۰] شباهت های سطح بالا مانند کریستال های پروتئین استفاده شده در لنز های سرپایان و مهره داران [۱۱] ارتقا پروتئین را از یک عنصر بنیادین به عنصری با نقشی جدید در داخل چشم نشان می دهد.[۱۲] پروتئین های مشترک در اندام های حساس به نور، شامل پروتئین های دریافت کننده نور ، پروتئین های آپسین نام دارند. تمام هفت زیر خانواده آپسین ها در آخرین جد مشترک حیوانات وجود داشتند. بعلاوه ساختارهای ژنتیکی برای استقرار چشم هم در تمام حیوانات مشترکند. ژن PAX6 [۱۳] محلی که چشم در آن توسعه می یابد از چشم موش تا چشم انسان و چشم مگس سرکه را کنترل می کند.[۱۴]ضمناً این ژن های سطح بالااز بسیاری از ساختارهای کنترل کننده، قدیمی ترند، چرا که قبل از شکل گیری چشم نقش های دیگری داشته اند.[۱۲] احتمالاً اندام های حسگر قبل از مغز تکامل پیدا کرده اند، چون اصلاً اطلاعاتی وجود نداشته که نیاز به پردازشگراطلاعات داشته باشد.

مراحل تکامل چشم[ویرایش]

استیگما نقطه حساس نوری را می پوشاند.

شکل های ابتدایی چشم - پروتئین های حساس به نوری که نور را دریافت می کردند- لک های چشمی[۱۵] نام دارند. لک های چشمی فقط می توانند نورهای احاطه کننده را درک کنند: آنها می توانند روشنایی را از تاریکی متمایز کنند، که همین برای تشخیص دوره نوری[۱۶] و تنظیم روزانه ساعت زیستی کافی است. انها برای دیدن مناسب نیستند،چون نمی‌توانند شکل ها را تمایز و جهت تابش نور را تشخیص دهند. لک های چشمی تقریباً در عمده ی گروه های حیوانی یافت می شود و در موجودات تک سلولی از جمله جنس اوگلینا[۱۷] -از آغازیان تاژک دار تک سلولی - نیز عمومیت دارند. لک چشمی در اوگلینا "استیگما(خال) " نامیده می شود که در انتهای بخش داخلی استقرار یافته است. استیگما یک لکه کوچک با رنگدانه قرمز است که مجموعه ای از کریستال های حساس نوری را دربر می گیرد که باهم به کمک تاژک های هدایت کننده ، لک چشمی از طریق عکس العمل به نور به موجود زنده امکان حرکت می دهد که اغلب ، حرکت به سمت نور فوتوسنتزی[۱۸] و تشخیص روز و شب می باشد که این عملکرد اولیه ی پدیده ساعت زیستی است. در موجودات پیچیده تر ، رنگدانه های بصری در مغز قرار دارند که تصور می شود در تنظیم زمان تولیدمثل بر اساس چرخه ماه ایفای نقش کنند. با پیگیری دقیق تغییرات در روشنایی شبانه، موجودات زنده میتوانند زمان تولید اسپرم و تخمک را برای افزایش احتمال لقاح بیشتر تنظیم کنند.

"دیدن" ،خود ، به بیوشیمی بنیادین که در تمام چشم ها مشترک است بستگی دارد.و اما چگونه این ساختار بیوشیمی که در تفسیر محیط موجود زنده استفاده می شود ،به صورت وسیع تغییر می کند: چشم ها ساختارها و شکل های مختلفی دارند که همگی نسبتاً دیرتراز پروتئین ها و مولکول های تشکیل دهنده تکامل یافته اند.[۱۸] در سطح سلولی دو طرح اصلی چشم وجود دارد، یکی شامل نخست دهانیان (نرم تنان ،کرم های حلقوی وبندپایان) و دیگری شامل دوم دهانیان(طنابداران وخارپوستان).[۱۸] گیرنده ها ، واحد عملکردی چشم هستند که شامل پروتئین های اسپین هستند و با تکانه های عصبی نسبت به نور عکس العمل نشان می دهند. این اسپین های حساس به نور برای افزایش سطح، روی یک لایه ی مویی قرار دارند.طبیعت این موها متفاوت بوده که شامل دو ساختار گیرنده نور می باشند : میکروویلوس[۱۹] و سیلیا(مژک) .[۲۰] در نخست دهانیان میکروویلوس ها حضور دارند : توسعه و برآمده کردن غشای سلولی . ولی در دوم دهانیان این موها از مژک ها مشتق شده اند که ساختارهای مجزایی دارند.[۱۸] اشتقاق واقعی ممکن است پیچیده تر باشد، به طوری که بعضی از میکروویلوس ها دارای مژک هم باشند ، اما مشاهدات دیگر تفاوت های بنیادینی بین نخست دهانیان و دوم دهانیان نشان می دهند. این فرضیات روی عکس العمل سلول نسبت نور متمرکز هستند. بعضی ببرای ایجاد تکانه های عصبی از سدیم که باعث تولید سیگنال های الکتریکی می شود ،استفاده می کنند و بقیه از پتاسیم. نخست دهانیان برای ایجاد تکانه های عصبی از سدیم بیشتری استفاده می کنند ، در حالی که دوم دهانیان از مقدار کمتری سدیم بهره می برند.[۱۸]

حدس زده می شود که وقتی این دو گروه در پرکامبرین(قبل از دوره کامبرین) از هم جدا شدند دارای گیرنده های نوری ابتدایی بودند و بعداً هر کدام به طور مستقل به سمت چشم های پیچیده تر توسعه پیدا کردند.

پانویس[ویرایش]

  1. Haszprunar (1995). "The mollusca: Coelomate turbellarians or mesenchymate annelids?". In Taylor. Origin and evolutionary radiation of the Mollusca: centenary symposium of the Malacological Society of London. Oxford: Oxford Univ. Press. ISBN 0-19-854980-6. 
  2. Kozmik, Z; Daube, Michael; Frei, Erich; Norman, Barbara; Kos, Lidia; Dishaw, Larry J.; Noll, Markus; Piatigorsky, Joram (2003). "Role of Pax Genes in Eye Evolution A Cnidarian PaxB Gene Uniting Pax2 and Pax6 Functions". Developmental Cell 5 (5): 773–785. doi:10.1016/S1534-5807(03)00325-3. PMID 14602077. 
  3. Land, M.F. and Nilsson, D. -E. , Animal Eyes, Oxford University Press, Oxford (2002).
  4. ۴٫۰ ۴٫۱ Darwin, Charles (1859). On the Origin of Species. London: John Murray.
  5. Gehring WJ (2005). "New perspectives on eye development and the evolution of eyes and photoreceptors". J. Hered. 96 (3): 171–84. doi:10.1093/jhered/esi027. PMID 15653558. 
  6. Parker, A. R. (2009). "On the origin of optics". Optics & Laser Technology 43 (2): 323–329. Bibcode:2011OptLT..43..323P. doi:10.1016/j.optlastec.2008.12.020.  ویرایش
  7. Andrew_Parker
  8. Parker, Andrew (2003). In the Blink of an Eye: How Vision Sparked the Big Bang of Evolution. Cambridge, MA: Perseus Pub. ISBN 0-7382-0607-5. 
  9. Nilsson, D-E; Pelger S (1994). "A pessimistic estimate of the time required for an eye to evolve". Proc R Soc Lond B 256 (1345): 53–58. doi:10.1098/rspb.1994.0048. PMID 8008757. 
  10. PMID 8805210 (PubMed)
    ارجاع بعد از چند دقیقه به صورت خودکار انجام می‌گیرد. Jump the queue or expand by hand
  11. Zinovieva, R.; Piatigorsky, J.; Tomarev, S. I. (1999). "O-Crystallin, arginine kinase and ferritin from the octopus lens". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Protein Structure and Molecular Enzymology 1431 (2): 512–517. doi:10.1016/S0167-4838(99)00066-7.  ویرایش
  12. ۱۲٫۰ ۱۲٫۱ PMID 20394064 (PubMed)
    ارجاع بعد از چند دقیقه به صورت خودکار انجام می‌گیرد. Jump the queue or expand by hand
  13. PAX6
  14. PMID 8664548 (PubMed)
    ارجاع بعد از چند دقیقه به صورت خودکار انجام می‌گیرد. Jump the queue or expand by hand
  15. Eyespot_apparatus
  16. Photoperiodism
  17. Euglena
  18. ۱۸٫۰ ۱۸٫۱ ۱۸٫۲ ۱۸٫۳ ۱۸٫۴ M F Land; R D Fernald (1992). "The Evolution of Eyes". Annual Review of Neuroscience 15: 1–29. doi:10.1146/annurev.ne.15.030192.000245. PMID 1575438. 
  19. Microvillus
  20. Autrum, H (1979). "Introduction". In H. Autrum (editor). Comparative Physiology and Evolution of Vision in Invertebrates- A: Invertebrate Photoreceptors. Handbook of Sensory Physiology. VII/6A. New York: Springer-Verlag. pp. 6–9. ISBN 3-540-08837-7. 

منابع[ویرایش]

مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا، «Evolution of the eye»، ویکی‌پدیای انگلیسی، دانشنامهٔ آزاد.