Silmän evoluutio | on esimerkki homologisesta elimestä, joka on monilla eläimillä
Silmän evoluutio on esimerkki homologisesta elimestä, joka on monilla eläimillä.
Joillakin silmän osilla, kuten valolle herkillä opsineilla, näyttää olevan yhteinen esi-isä. Ne ovat kehittyneet kerran eläinten evoluution alkuvaiheessa. Ne ohjaavat fotonien muuntamista sähköisiksi signaaleiksi. Esimerkiksi nisäkkäiden verkkokalvolta löytyvä opsiini, melanopsiini, osallistuu vuorokausirytmiin ja pupillirefleksiin, mutta ei näkökykyyn.
Toisaalta monimutkaiset kuvanmuodostussilmät ovat kehittyneet noin 50-100 kertaa, ja niiden rakentamisessa on käytetty monia samoja proteiineja ja geneettisiä työkaluja.
Monimutkaiset silmät näyttävät kehittyneen ensimmäisen kerran muutamassa miljoonassa vuodessa, Kambrian räjähdyksenä tunnetussa nopeassa evoluutiopurkauksessa. Silmistä ei ole todisteita ennen kambrikauden aikaa, mutta monia silmiä on nähtävissä keskikambrikauden Burgess Shale -kallion fossiileissa.
Silmät ovat sopeutuneet monin tavoin vastaamaan niiden eliöiden tarpeita, joilla on silmät. Silmät vaihtelevat terävyydeltään (näön tarkkuus), herkkyydeltään hämärässä ja kyvyltään havaita liikettä tai tunnistaa esineitä. Niiden herkkyys aallonpituuksille ratkaisee, voivatko ne nähdä värejä ja mitä värejä ne voivat nähdä.
Maaetanoilla on yleensä kaksi lonkeroa päässään: ylemmän parin päässä on silmä ja alemman parin päässä hajuaisti.
Tällä rukoilijasirkalla on naamioidut silmät -
Silmän kehityksen tärkeimmät vaiheet.
Nilviäisen silmä: Kuningatar simpukka.
Hyppivä hämähäkki. Hämähäkeillä on useita silmiä.
Evoluutionopeus
Ensimmäiset silmien fossiilit ilmestyivät alemmalla kambrikaudella, noin 540 miljoonaa vuotta sitten. Tänä aikana tapahtui ilmeisen nopea evoluution kiihkeys, jota kutsuttiin "Kambrian räjähdykseksi". Silmien evoluutio käynnisti kenties kilpavarustelun, joka johti nopeaan evoluution kiihtymiseen.
Aikaisemmin eliöt ovat saattaneet käyttää valoherkkyyttä, mutta eivät nopeaan liikkumiseen ja suunnistamiseen näön avulla.
Silmien evoluutionopeutta on vaikea arvioida. Yksinkertainen mallintaminen edellyttää pieniä mutaatioita, jotka altistuvat luonnonvalinnalle. Tämä osoittaa, että hyviin valopigmentteihin perustuva alkeellinen optinen aistielin voisi kehittyä monimutkaiseksi ihmisen kaltaiseksi silmäksi noin 400 000 vuodessa.
Silmien evoluution varhaisvaiheet
Varhaisimmat valoanturit olivat silmäpisteitä. Ne ovat protistien valoreseptoriproteiineja. Silmäpisteet pystyvät erottamaan vain valon pimeästä. Tämä riittää vuorokausirytmin päivittäiseen synkronointiin. Ne eivät pysty erottamaan muotoja eivätkä päättelemään, mistä suunnasta valo tulee.
Silmäpisteitä esiintyy lähes kaikissa tärkeimmissä eläinryhmissä. Euglenan silmäpiste, jota kutsutaan stigmaksi, on etupuolella. Sen punainen pigmentti varjostaa valoherkkien kiteiden kokoelmaa. Yhdessä etummaisen lippulangan kanssa silmäpilven ansiosta organismi voi liikkua valon vaikutuksesta fotosynteesin tekemiseksi ja päivän ja yön ennustamiseksi. Nämä liikkeet ovat tärkeimmät vuorokausirytmit.
Monimutkaisempien eliöiden aivoissa on näköpigmenttejä. Niiden uskotaan auttavan synkronoimaan kutuaikaa kuun syklien kanssa. Havaitsemalla yöaikaisen valaistuksen hienovaraiset muutokset eliöt voivat synkronoida siittiöiden ja munasolujen vapautumisen maksimoidakseen muniensa hedelmöittymisen.
Näkö itsessään perustuu kaikille silmille yhteiseen peruselinkemiaan. Se, miten tätä biokemiallista työkalupakkia käytetään organismin ympäristön tulkitsemiseen, vaihtelee suuresti. Silmillä on monenlaisia rakenteita ja muotoja. Kaikki nämä ovat kehittyneet paljon myöhemmin kuin taustalla olevat proteiinit ja molekyylit.
Solutasolla silmillä näyttää olevan kaksi pääasiallista "mallia", joista toinen on protostomeilla (nilviäiset, matoja ja niveljalkaiset) ja toinen deuterostomeilla (selkärankaiset ja piikkinahkaiset).
Euglenan stigma (2) kätkee sisäänsä valoherkän pisteen.
PAX6
PAX6 on proteiini, jota PAX6-geeni koodaa.
PAX6 on silmien ja muiden aistielinten kehityksen pääohjausgeeni eli "transkriptiotekijä". Se on lääketieteellisesti tärkeä, koska erilaiset mutaatiot aiheuttavat näköhäiriöitä.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on esimerkki homologisesta elimestä?
V: Silmän kehittyminen on esimerkki homologisesta elimestä, joka on monilla eläimillä.
K: Mitä opsiini tekee?
V: Opsiinit ohjaavat fotonien muuntamista sähköisiksi signaaleiksi.
K: Milloin monimutkaiset silmät kehittyivät?
V: Monimutkaiset silmät näyttävät kehittyneen ensimmäisen kerran muutamassa miljoonassa vuodessa, Kambrian räjähdyksenä tunnetussa nopeassa evoluutiopurkauksessa.
K: Onko todisteita silmistä ennen kambrikauden aikaa?
V: Silmistä ei ole todisteita ennen kambrikauden aikaa, mutta monia silmiä voidaan nähdä keskikambrikauden Burgess Shale -liuskeesta peräisin olevissa fossiileissa.
K: Miten silmät vaihtelevat eliöiden välillä?
V: Silmät vaihtelevat terävyydeltään (näön tarkkuus), herkkyydeltään hämärässä ja kyvyltään havaita liikettä tai tunnistaa esineitä. Niiden herkkyys aallonpituuksille ratkaisee, pystyvätkö ne näkemään värejä ja mitä värejä ne pystyvät näkemään.
K: Mikä on melanopsiinin rooli?
V: Nisäkkäiden verkkokalvoissa esiintyvä opsiini, melanopsiini, osallistuu vuorokausirytmiin ja pupillin refleksiin, mutta ei näkökykyyn.
K: Mikä tapahtuma merkitsee sitä, milloin monimutkaiset silmät alkoivat kehittyä?
V: Monimutkaiset silmät alkoivat kehittyä nopean evoluutiopurkauksen aikana, joka tunnetaan nimellä Kambriumin räjähdys.
