ΒΙΟΛΟΓΙΑ

Μάτια, μα τι μάτια!

Η πιθανότητα κάποιος από εμάς τους μη ειδήμονες να έχει παρατηρήσει τη μετακίνηση πλαγκτονικών οργανισμών είναι μάλλον μηδενική. Και όμως αυτό το αόρατο φαινόμενο συνιστά τη μεγαλύτερη μετακίνηση βιομάζας στον πλανήτη: μυριάδες πλαγκτονικοί οργανισμοί μετακινούνται καθοδηγούμενοι από το φως. Πώς όμως βλέπουν το φως αυτοί οι απλοί σχετικά οργανισμοί; Αυτό το ερώτημα θέλησαν να απαντήσουν ερευνητές του Ευρωπαϊκού Εργαστηρίου Μοριακής Βιολογίας (Εuropean Μolecular Βiology Laboratory, ΕΜΒL) και η απάντησή τους προσέθεσε ένα ακόμη επιχείρημα υπέρ της θεωρίας της εξέλιξης.

Η πιθανότητα κάποιος από εμάς τους μη ειδήμονες να έχει παρατηρήσει τη μετακίνηση πλαγκτονικών οργανισμών είναι μάλλον μηδενική. Και όμως αυτό το αόρατο φαινόμενο συνιστά τη μεγαλύτερη μετακίνηση βιομάζας στον πλανήτη: μυριάδες πλαγκτονικοί οργανισμοί μετακινούνται καθοδηγούμενοι από το φως. Πώς όμως βλέπουν το φως αυτοί οι απλοί σχετικά οργανισμοί; Αυτό το ερώτημα θέλησαν να απαντήσουν ερευνητές του Ευρωπαϊκού Εργαστηρίου Μοριακής Βιολογίας (Εuropean Μolecular Βiology Laboratory, ΕΜΒL) και η απάντησή τους προσέθεσε ένα ακόμη επιχείρημα υπέρ της θεωρίας της εξέλιξης. Εξελικτικές διαβαθμίσεις
Ο Κάρολος Δαρβίνος είχε πλήρη επίγνωση των δυσκολιών που θα αντιμετώπιζε προκειμένου να πείσει τους συγχρόνους του για την ορθότητα της θεωρίας του που ήθελε όλους τους οργανισμούς να έχουν εξελιχθεί από έναν κοινό πρόγονο. Στο κεφάλαιο 6 του βιβλίου του «Η προέλευση των ειδών», το οποίο τιτλοφορείται «Δυσκολίες στη θεωρία» (Difficulties on theory), υπάρχει ένα υποκεφάλαιο με τίτλο «Οργανα εξαιρετικής τελειότητας και περιπλοκότητας» (Οrgans of extreme perfection and complication). Εκεί ο Δαρβίνος σημείωνε:

«Το να υποθέσει κανείς ότι το μάτι,με όλες τις μοναδικές του επινοήσεις για ρύθμιση της εστίασης σε διάφορες αποστάσεις,για διέλευση διαφορετικών ποσοτήτων φωτός και για διόρθωση σφαιρικών και χρωματικών αποκλίσεων,θα μπορούσε να έχει δημιουργηθεί μέσω της φυσικής επιλογήςμοιάζει,ομολογώ, παράλογο στον υπέρτατο βαθμό». Περιττό να πούμε ότι πρόκειται για μια φράση την οποία επικαλέστηκαν και επικαλούνται ακόμη όσοι θέλουν να πλήξουν τη θεωρία της εξέλιξης. Φυσικά, παραλείποντας την αμέσως επόμενη φράση, όπου ο μεγάλος φυσιοδίφης τόνιζε ότι η δημιουργία του ματιού μέσω της φυσικής επιλογής θα φαινόταν λογική«αν πολυάριθμες διαβαθμίσεις από το τέλειο και περίπλοκο μάτι ως ένα πολύ ατελές και απλό,με κάθε διαβάθμιση να είναι χρήσιμη στον κάτοχό της,μπορούσε να δειχθεί ότι υπάρχουν».

Ο ίδιος ο Δαρβίνος καταγράφει κάποιες από τις τότε γνωστές διαβαθμίσεις, αλλά δεν διαθέτει τις γνώσεις που διαθέτουμε σήμερα, ούτε βεβαίως τις τεχνικές που θα του επέτρεπαν να μελετήσει τις απλούστερες διαβαθμίσεις ματιών που ήταν γνωστές στην εποχή του. Ετσι, η αναζήτηση των διαβαθμίσεων στην περιπλοκότητα των ματιών έμελλε να πέσει στις πλάτες των επιγόνων του. Σήμερα γνωρίζουμε πια πάρα πολλά είδη ματιών (παραδείγματος χάριν, τα σύνθετα μάτια των εντόμων, τα οποία αποτελούνται από πλήθος ομματιδίων), αλλά αυτά που δείχνουν καθαρά την εξελικτική πορεία του ματιού είναι τα εντελώς πρωτόγονα μάτια. Τόσο πρωτόγονα ώστε με δυσκολία να πληρούν τις προϋποθέσεις για τον όρο «μάτια», τουλάχιστον όπως εμείς τον αντιλαμβανόμαστε: ως όργανα μέσω των οποίων οι εικόνες του εξωτερικού μας περιβάλλοντος αναπαριστώνται στον εγκέφαλο.

Τα «μάτια» του πλαγκτόν
Τέτοιου είδους μάτια απαντώνται στις λάρβες των θαλασσίων ασπονδύλων, όπως οι σπόγγοι, οι μέδουσες και τα σκουλήκια. Τα μάτια αυτών των πλαγκτονικών οργανισμών αποτελούνται μόνο από δύο κύτταρα: ένα κύτταρο λειτουργεί ως φωτοϋποδοχέας, ενώ το άλλο φέρει μια χρωστική. Προφανώς τα απλά αυτά μάτια δεν μπορούν να δημιουργήσουν εικόνες, να μεταφέρουν στον εγκέφαλο την εικόνα του περιβάλλοντος. Επιτρέπουν όμως στους οργανισμούς να γνωρίζουν την κατεύθυνση του φωτός, πράγμα ιδιαίτερα σημαντικό για τη φωτόταξη, τη μετακίνηση των πλαγκτονικών οργανισμών προς το φως. «Για ένα μεγάλο διάστημα κανείς δεν γνώριζε πώς το ζωοπλαγκτόν,με τα απλά αυτά μάτια και το εξίσου απλό νευρικό σύστημα,μπορούσε να επιδεικνύει φωτόταξη.Επειδή όμως τα πρώτα μάτια στο ζωικό βασίλειο δημιουργήθηκαν ακριβώς γι΄ αυτόν τον σκοπό,το να αντιληφθούμε πώς λειτουργεί η φωτόταξησημαίνει ότι βαδίζουμε στα πρώτα βήματα της εξέλιξης του ματιού»λέει ο Ντέτλεβ Αρεντ. Ο γερμανός βιολόγος και οι συνεργάτες του επέλεξαν να διερευνήσουν τα παραπάνω ερωτήματα εργαζόμενοι με τον θαλάσσιο σκώληκα Ρlatynereis dumerilii. Η επιλογή δεν είναι καθόλου τυχαία: πρόκειται για έναν οργανισμό ο οποίος αφενός προσφέρεται για μελέτη, καθώς αναπαράγεται εύκολα σε εργαστηριακές συνθήκες, αφετέρου θεωρείται ζωντανό απολίθωμα (δεν έχει δηλαδή αλλάξει μορφολογικά από την Κάμβριο περίοδο και ζει ακόμη εκεί που ζούσαν οι πρόγονοί του πριν από εκατομμύρια χρόνια). Τέλος, θεωρείται ότι πλησιάζει σε μορφολογία τον κοινό πρόγονο όλων των οργανισμών που εμφανίζουν αμφοτερόπλευρη συμμετρία, του ανθρώπου συμπεριλαμβανομένου.

Μελετώντας λοιπόν τη λάρβα του Ρlatynereis dumerilii οι ερευνητές διεπίστωσαν την ύπαρξη ενός νεύρου το οποίο συνδέει το κύτταρο του ματιού που λειτουργεί ως φωτοϋποδοχέας με νευρικά κύτταρα τα οποία έχουν επιφορτιστεί με τον έλεγχο της κίνησης της λάρβας. Ειδικότερα, το κύτταρο φωτοϋποδοχέας ανιχνεύει το φως και το μετατρέπει σε ηλεκτρικό σήμα το οποία ταξιδεύει ως μια δέσμη κυττάρων τα οποία διαθέτουν μαστίγια (εξειδικευμένες δομές τριχοειδούς μορφολογίας οι οποίες προεκβάλλουν από το κύτταρο). Η κίνηση των μαστιγίων μετατοπίζει το νερό και προάγει το κολύμπι των λαρβών.

Παιχνίδι δύο κυττάρων
Σύμφωνα με το άρθρο των ευρωπαίων ερευνητών στο τεύχος της 20ής Νοεμβρίου της επιθεώρησης «Νature», ο επιλεκτικός φωτισμός ενός μόνο από τα δύο μάτια της λάρβας είχε αποτέλεσμα αλλαγές στο χτύπημα των μαστιγίων που αντιστοιχούσαν σε αυτό το μάτι. Οπως μάλιστα κατέδειξε μελέτη προσομοίωσης με τη βοήθεια ηλεκτρονικών υπολογιστών, οι αλλαγές στο χτύπημα των μαστιγίων επιφέρουν τοπικές αλλαγές στη ροή του νερού, ικανές να μεταβάλλουν την κατεύθυνση μετακίνησης του ζώου.

Οσο για την ικανότητα της λάρβας να αντιλαμβάνεται την κατεύθυνση του φωτός και να προσανατολίζεται αναλόγως, αυτή εδράζει στο δεύτερο κύτταρο του πρωτόγονου ματιού της. Το κύτταρο αυτό, το οποίο φέρει μια χρωστική, όταν απορροφά το φως σκιάζει το κύτταρο-φωτοϋποδοχέα. Το σχήμα της σκιάς ποικίλλει με βάση τη θέση της φωτεινής πηγής και αυτή η πληροφορία μεταφέρεται στα μαστίγια μέσω του φωτοϋποδοχέα. Με άλλα λόγια, από το απλούστατο «μάτι» ορισμένων μονοκύτταρων οργανισμών που δεν μπορούν να κάνουν τίποτε άλλο από το να αντιλαμβάνονται την ύπαρξη φωτός (μέσω της μεμβράνης τους) η εξέλιξη επινόησε το μάτι των λαρβών, όπου δύο απλά κύτταρα επιτρέπουν στον οργανισμό να αντιλαμβάνεται την προέλευση του φωτός και, με τις κατάλληλες νευρωνικές συνδέσεις, να αξιοποιεί την πληροφορία για την επιβίωσή του. Δύο πράγματα λοιπόν υπήρξαν καθοριστικά στο πέρασμα από τη μία διαβάθμιση ματιού στην άλλη: το χρωμοφόρο κύτταρο που «πληροφορεί» για την κατεύθυνση του φωτός και η μεταφορά αυτής της πληροφορίας σε δομές που ελέγχουν την κίνηση του οργανισμού.

Το γεγονός ότι πολλά σημερινά ασπόνδυλα χρησιμοποιούν το ίδιο σύστημα για να μετακινηθούν προς το φως δείχνει πόσο επιτυχής υπήρξε αυτή η εξελικτική επινόηση.

Ακολουθήστε στο Google News και μάθετε πρώτοι όλες τις ειδήσεις
Δείτε όλες τις τελευταίες Ειδήσεις από την Ελλάδα και τον Κόσμο, από
Science
ΒΗΜΑτοδότης
Σίβυλλα
Helios Kiosk