8 Minutės
Įsivaizduokite žuvį, tokį aštrų akimis, kad ji stebėjo kambro jūras turėdama keturias veikiančias akis. Nors tai skamba neįtikėtinai, pakrantėse prie Diančio ežero (Dianchi), Kinijoje, rasti fosilijų fragmentai leidžia manyti būtent taip: kai kurie ankstyviausi Žemės stuburiniai plaukdavo senovinėse vandens erdvėse turėdami dvi poras kamerinio tipo akių. Toks regos išdėstymas paliko evoliucinį aidą, kuris iš dalies išsaugotas šiuolaikiniame žmoguje kaip kankorėžinė liauka.
Tarp 2019 ir 2024 metų Yunnano universiteto tyrinėtojai, kurių vadovas buvo Piyan Kong, atkasė itin gerai išsilaikiusius ankstyvųjų bežandikaulių žuvų – Myllokunmingiid grupės – liekanas, palaidotas garsiame Chengjiang minkšto nuosėdų lagerstätte. Šios vietovės žinomos tuo, kad jose gali išsaugotis net ir smulkūs minkštieji audiniai, o ne tik kaulai. Elektroniniais mikroskopais tyrimų komanda aptiko melanosomomis turtingus plotus padėtyse, kurios atitinka dvi pagrindines akis ir papildomą mažesnę porą. Anksčiau kai kuriuose egzemplioriuose tamsūs dėmėti plotai buvo interpretuojami kaip nosies ar uoslės audiniai, tačiau dabar tie ženklai skaitomi kitaip: jie rodo lęšių ir tinklainės pigmento mikrostuktūrines požymius.
„Dar įspūdingiau buvo lęšių pėdsakų buvimas tiek šoninėse, tiek centrinėse akių porose“, – teigė Džeikobas Winteras (Jacob Winter) iš Bristolio universiteto, komentaruose apie mikroskopinius radinius. Kai tyrėjai iš naujo peržiūrėjo melanosomų – pigmentą turinčių organelių, kurios gali išlikti fossilizuotos, – geometrijos ir pasiskirstymo modelius, jie sugebėjo rekonstruoti netikėtai pažangią regos sistemą. Vietoje paprastos dviejų akių galvos šie ankstyvieji stuburiniai greičiausiai turėjo sudėtingesnę vizualinę strategiją: didelės šoninės akys skirtos aukštos raiškos detalėms fiksuoti, o mažos centrinės akys optimizuotos judesio aptikimui ir greitam grėsmių įvertinimui.
Mokslinis kontekstas ir metodai
Rastiniai priskiriami kambro sprogimui (Cambrian Explosion), maždaug prieš 518 milijonų metų – laikotarpiui, kai kūno planai ir jutiminės sistemos labai sparčiai diversifikavosi. Regėjimas evoliuciniu keliu atsirado ne kartą: bestuburiai ir daugialąsčiai artropodai sukūrė kompleksiškas zusammensudėtas akis iš tūkstančių ommatidijų; tuo tarpu stuburiniai konvergavo link kamerinio tipo akių su lęšiu, tinklaine ir rainelėmis. Šiuos fosilinius radinius išskiria tai, kad išsilaikė melanosomos ir minkštųjų audinių atspaudai, rodyti, jog kiekvienoje kaukolės pusėje buvo daugiau nei viena kamerinio tipo akių pora.
Tyrėjai derino aukštos raiškos skenavimo elektroninę mikroskopiją (SEM), melanosomų geometrijos žemėlapius ir palyginamąją anatomiją su gyvais stuburiniais. Pigmento granulių erdvinis išsidėstymas kartu su minkštųjų audinių įspaudais aplink orbitinę sritį atitiko struktūras, žinomas kaip optinių funkcijų dalys. Tai perkėlė interpretaciją nuo uoslės organų liekanų link tikrų regos organų. Tyrimo autoriai rezultatus publikuoja žurnale Nature, kur jie argumentuoja, jog centrinė akių pora palaipsniui prarado vaizdą formuojančią funkciją stuburinių evoliucijos metu ir tapo kankorėžės komplekso dalimi – „pineal eye“ – kuri kai kuriuose dabartiniuose ropliuose veikia kaip šviesai jautrus organas, o žinduoliuose evoliucinės tapatybės rezultatas esti kankorėžinė liauka, reguliuojanti cirkadinį ritmą per melatonino sekreciją.
Metodologiniu požiūriu tyrimas yra pavyzdys, kaip integruoti morfologinius, molekulinius ir cheminius metodus, siekiant atskleisti senovinių audinių funkcijas. Be SEM vaizdavimo, komanda naudojo elementinę analizę (pvz., energijai susijusios sklaidos spektroskopiją, EDS), histologinius įspaudus ir cheminius žymenis, skirtus identifikuoti pigmento chemines žymes. Tokios kombinacijos leidžia geriau atskirti ar tamsūs plotai yra tik organinių liekanų užuomazgos, ar jie turi aiškius optinio audinio signalus – lęšių matmenų kontūrus, fotoreceptorių išsidėstymą arba pigmentinių sluoksnių struktūras, analogiškas tinklainės pigmentuotojo epitelio sluoksniui šiuolaikiniuose stuburiniuose.
Be to, palyginamoji analizė su gyvų rūšių embryologiniais ir ontogenetiniais modeliais prisidėjo prie hipotezių apie raidą: centrinės akys, matyt, vystėsi kartu su kitomis orbitalinėmis struktūromis, o vėliau pasikeitė, pritaikydamos funkcijas prie naujų ekologinių poreikių. Tokia integracija pabrėžia, kad paleobiologija nebėra vien tik morfologinių formulių skaitymas – tai daugiaveiksmių biologinių indikatorių interpretacija.
Poveikis stuburinių evoliucijai
Jei sekame šviesos jutimo struktūrą nuo kambro žuvies iki žmogaus kankorėžinės liaukos, matome, kad tai perspektyvus fragmentas mūsų jutiminės kilmės istorijos: tai, kas dabar veikia kaip endokrininis laiko palaikymo organas, kadaise dalyvavo tiesioginėje regoje. Tai nėra vien smulki įdomybė: tokių paslėptų homologijų pripažinimas padeda paleobiologams suprasti, kaip sudėtingi bruožai per ilgą evoliucinį laikotarpį būna perorientuojami į naujas funkcijas (exaptation). Tai taip pat skatina peržiūrėti fosilijų liekanas, kurios anksčiau buvo identifikuotos kaip ne vizualūs minkštieji audiniai – kai kurie gali slėpti netikėtas jutiminės anatomijos formas, jei bus išnagrinėti naudojant modernias vaizdavimo priemones ir molekulinius proxy rodiklius.
Tyrimas pabrėžia melanosomų svarbą kaip langą į senovinę biologiją. Šios mikroskopinės pigmento dalelės gerai išsilaiko ir užregistruoja ne tik spalvą – jos saugo anatominius kontekstus. Patobulintais vaizdavimais ir biocheminiais tyrimais paleontologai skaito pigmento raštus kaip anatominius žemėlapius, atskleidžiančius organų išsidėstymą ir audinių tipus net ten, kur nėra išlikusių kaulų. Tai plečia mūsų galimybes rekonstruoti ne tik išorinius gyvūnų siluetus, bet ir jų jautrumą aplinkai, elgsenos galimybes bei ekologines sankryžas.
Ši interpretacija turi platesnes pasekmes evoliucinės biologijos teorijai: ji rodo, kad evoliucija dažnai išsaugo ne tik struktūras, bet ir funkcinius užpildus, kurie gali būti transformuojami. Pavyzdžiui, struktūra, kuri pirmiausia teikė tiesioginę regą, vėliau galėjo tapti fotoreceptorių sritimi, kuri reguliuoja hormoninį atsaką į šviesą–tamsą ciklus. Tai aiškiai sieja sensorinių sistemų plastiškumą su ekologinėmis sąlygomis, kurios formavo natūralios atrankos mechanizmus.
Taip pat verta paminėti, kad šis radinys keičia mūsų supratimą apie kambro ekologiją: jūrų ekosistemos tuo metu buvo itin dinamiškos ir pilnos greitų grobuoniškumo bei beguoniškumo pavyzdžių. Tokios sąlygos skatino jutiminių priemonių diferenciaciją – nuo plataus matymo lauko iki itin specializuotų judesio detektorių. Keturi akių sprendimai čia pasirodo kaip racionali adaptacija: platus laukas stebėti artėjančius pavojus ir auką, patikimumas (atsarginė sistema po sužeidimo) bei greitas judesio aptikimas, kurį užtikrindavo centrinės akys.
Ekspertų įžvalgos
„Kai derini ultrastruktūrą su ekologiniu samprotavimu, atsiskleidžia nuosekli vaizdinė istorija,“ – sako Dr. Mira Alonzo, su tyrimu nesusijusi vertebratų paleobiologė. „Keturios akys turi prasmę pasaulyje, pilname slėpynių grobuonių ir greitų, painių judesių. Evoliucija išsaugo tai, kas veikia – o kai aplinkybės pasikeičia, ji perkelia tai į naujas formas.“
Vis dėlto lieka neatsakyta, kokie tikslūs vystymosi ir pasirinkimo spaudimo mechanizmai pavertė vaizdą formuojantį organą į šviesai jautrų liaukos tipą. Ateities darbai turės gilintis į vystymosi genetiką gyvuose stuburiniuose, lyginti genų ekspresijos kelius, reguliuojančius fotoreceptorių ir pinealinių struktūrų diferenciaciją. Tokie tyrimai galėtų aiškiau išskaidyti homologiškumo grandines ir parodyti, kaip genų tinklai buvo perprogramuoti per evoliuciją.
Kol kas šios fosilinės akys primena, kad šiuolaikinių gyvūnų anatomija ne tik formavosi laipsniškai, bet ir išsaugojo atkaklius, netikėtus praėjimus iš praeities: anatomijos sluoksniai, kurie stebėjo pirmuosius stuburininkų dramatinius pasirodymus prieš pusę milijardo metų. Keturios akys, galėjusios stebėti kambro vandenis, yra vienas iš šių užuominų – ir jos verčia peržiūrėti, kas dar gali slėptis mūsų planetos fizinėje atmintyje.
Galiausiai, šio pobūdžio tyrimai didina mūsų supratimą apie regėjimo evoliuciją bei apie tai, kaip jutimo organai gali būti pritaikomi, perskirstomi ir perkonfigūruojami per ilgus geologinius laikotarpius. Jie taip pat pabrėžia tarpdalykinius metodus – nuo geochemijos ir mikroskopijos iki palyginamosios biomedicinos – kurie kartu atveria praeitį nauju, funkciniu požiūriu.
Žvelgiant į ateitį, mokslininkai planuoja išplėsti tyrimus, naudodami papildomas chemines analizes (pvz., masa spec spektrometriją ir organinių molekulių žymenis), molekulinius proxy rodiklius ir platesnį Chengjiang bei kitų lagerstätte pavyzdžių spektrą. Tokios priemonės turėtų padėti patikslinti radinių interpretacijas ir galbūt atskleisti dar daugiau sensorinių adaptacijų, kurios iki šiol buvo nepastebėtos arba neteisingai klasifikuotos.
Šis atradimas ir jo platesnės pasekmės – nuo paleobiologijos iki evoliucinės neurologijos – pabrėžia, kad kiekviena gerai ištirta fosilija gali atverti naujus kelius suprasti ne tik praeities formų anatomiją, bet ir ilgalaikius procesus, vedančius prie šiuolaikinių jutimo ir endokrininių sistemų.
Šaltinis: smarti
Palikite komentarą