شگفتی چشم انسان؛ دیدن جهان چه زمان امکان پذیر شد؟

چشم ها در یک چشم برهم زدن تکاملی ظاهر شدند و قوانین زندگی را برای همیشه تغییر دادند. قبل از چشم ها، زندگی آرام تر بود و موجودات کُندی وجود داشتند که در دریا پرسه می زدند. پیدایش چشم ها جهان را به محیطی بی رحمانه تر و رقابتی تر تبدیل کرد. بینایی این امکان را برای حیوانات فراهم کرد که به شکارچیان فعال تبدیل شوند و رقابت تسلیحاتی تکاملی را به راه انداخت که سیاره را دگرگون کرد.

اولین شکل بینایی در موجودات تک سلولی ظاهر شد. این سیستم که دارای پروتیین های گیرنده نوری است که فقط می تواند نور را از تاریکی تشخیص دهد، رایج ترین چشم ها در موجودات امروزی است.

ساختار چشم

برای درک نحوه تکامل چشم ها، باید اول درمورد عملکرد آن ها بدانید. چشم های شما مانند دوربین های کوچکی عمل می کنند که درون سر شما نصب شده اند و نوری را که مغز برای ایجاد تصاویر به آن نیاز دارد، می گیرند. قسمت هایی از چشم که وقتی در آینه نگاه می کنید، می توانید ببینید صُلبیه، قرنیه، عنبیه و مردمک است. درون آن عدسی، شبکیه و بافت ژله مانندی به نام زجاجیه قرار دارد. همه این اجزا با هم در ساختاری قرار می گیرند که تقریباً به اندازه یک توپ پینگ پنگ است.

آناتومی چشم انسان

صلبیه بخش سفید چشم است که پوشیده از عروق خونی کوچک است و از ماده سختی تشکیل شده است که از اجزای ظریف داخلی محافظت می کند. قرنیه گنبدی از بافت شفاف روی کره خارجی چشم است که مانند پنجره ای عمل می کند که به شما این امکان را می دهد که دنیای بیرون را ببینید، درحالی که از ساختارهای درونی نیز محافظت می کند.

زیر قرنیه، عنبیه قرار دارد که قسمت رنگی چشم است. عنبیه غشایی انعطاف پذیر و حلقوی است که می تواند برای کنترل میزان نوری که وارد چشم می شود، منقبض و منبسط شود. دایره سیاه وسط عنبیه مردمک چشم است که درحالی که ممکن است جامد به نظر برسد، درواقع سوراخی است که به نور اجازه می دهد وارد چشم درونی شود.

آن سوی مردمک، عدسی، شبکیه و زجاجیه وجود دارد. عدسی درست پشت مردمک قرار دارد و به تمرکز نور در هنگام عبور از مردمک کمک می کند. نوری که وارد چشم می شود، از زجاجیه عبور می کند و درنهایت به شبکیه می رسد که نوع خاصی از بافت است که میلیون ها سلول حساس به نور در آن تعبیه شده است.

شبکیه لایه ای از بافت عصبی است که پشت چشم قرار دارد و نسبت به نور حساس است. وقتی نور به آن برخورد می کند، سلول های تخصصی به نام گیرنده های نوری انرژی نور را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کنند و آن ها را به مغز می فرستند. سپس مغز این سیگنال های الکتریکی را به تصاویر پردازش می کند و بینایی را ایجاد می کند.

دو نوع اصلی چشم: چشم ساده و چشم مرکب

دو نوع اصلی چشم بین گونه ها غالب هستند. با وجود داشتن اشکال مختلف یا بخش های تخصصی، بهبود بینایی در هر دو نوع چشم محصول تغییرات کوچک و تدریجی است که فیزیک نور را بهینه می کند.

چشم ساده

چشم های ساده در واقع بسیار پیچیده هستند، اما علت نام گذاری آن ها این است که از یک واحد تشکیل شده اند. برخی از نرم تنان و همه مهره داران پیشرفته تر مانند پرندگان، خزندگان یا انسان ها چشم ساده دارند.

چشم های ساده از یک فنجان رنگدانه تکامل پیدا کرده اند که در طول زمان به تدریج به سمت داخل تاخورده است تا به شکلی که امروزه می بینیم، درآید. ساختارهای تخصصی مانند عدسی، قرنیه و مردک برای کمک به بهبود تمرکز نور روی شبکیه ایجاد شدند. این ساختارها به ایجاد تصاویر واضح تر برای پردازش مغز کمک می کنند.

چشم مرکب

چشم های مرکب از تکرار همان واحدهای اولیه گیرنده های نوری به نام اوماتیدی تشکیل می شوند. هر اوماتیدیوم شبیه چشم ساده ای است که از عدسی و گیرنده های نوری تشکیل شده است. اوماتیدیوم ها در کنار هم الگوی هندسی کروی را تشکیل می دهد که معمولاً در حشرات و سخت پوستان دیده می شود.

درک ما از تکامل چشم مرکب کمی مبهم است، اما می دانیم اوماتیدیوم های اولیه به ساختارهای بزرگتر و گروه بندی شده تکامل پیدا کردند که جذب نور را به حداکثر می رساند.

در محیط هایی مانند غارها و اعماق اقیانوس که نور کمی وجود دارد یا اصلاً نوری وجود ندارد، چشم های مرکب برای تولید بینایی مفید هستند و باعث برتری نسبت به گونه های دیگر می شوند.

چشم ها چه زمانی تکامل پیدا کردند؟

اولین چشم ها در حدود 541 میلیون سال پیش (در آغاز دوره کامبرین که حیات چندسلولی پیچیده ظاهر شد) در گروهی از حیوانات منقرض شده به نام تریلوبیت ها ظاهر شد که کمی شبیه خَرخاکی های دریایی بزرگ بودند. چشم های آن ها شبیه چشم های حشرات امروزی از نوع مرکب بود.

چشم ها چگونه تکامل یافتند؟

از زمانی که ویلیام پیلی تمثیل ساعت ساز را در سال 1802 ارایه کرد که ادعا می کند چیزی به پیچیدگی ساعت باید سازنده ای داشته باشد، خلقت گرایان از پیچیدگی چشم ها برای طرح «برهان نظم» استفاده کردند. آن ها می گویند چشم ها چنان پیچیده هستند که ممکن نیست ازطریق انتخاب طبیعی و تجمع جهش های تصادفی تکامل پیدا کرده باشند.

چارلز داروین که از استدلال خلقت گرایان به خوبی آگاه بود، در کتاب منشا گونه ها اذعان کرد چشم ها چنان پیچیده هستند که در نگاه اول، تکامل آن ها ازطریق انتخاب طبیعی احمقانه و پوچ به نظر می رسد. اما او به طور قانع کننده ای استدلال کرد که این ظاهر قضیه است. بنا به استدلال داروین، چشم های پیچیده می توانستند با انتخاب طبیعی از چشم های ساده به وجود آیند و کلید این معما پیدا کردن چشم هایی با پیچیدگی متوسط در سلسله حیوانات بود که نشانگر مسیر حرکت از ساده به پیچیده باشد. آن اشکال میانی اکنون پیدا شده اند.

اولین موجودات با تغییری شبیه چشم در حدود 550 میلیون سال پیش زندگی می کردند. طبق محاسبات دانشمندان، اگر چشم آن ها در هر نسل فقط 0٫005 درصد بهبود پیدا می کرد، 364 هزار سال طول می کشید تا چشم از تکه ای از سلول های حساس به نور به چشم های پیچیده امروزی تبدیل شوند و در مقیاس زمانی زمین شناسی، این زمان در حد یک چشم برهم زدن است.

مراحل تکامل چشم

اولین قدم، تکامل سلول های حساس به نور است که موضوع پیچیده ای نیست. بسیاری از موجودات تک سلولی دارای لکه های شبیه چشم اولیه هستند که از رنگدانه های حساس به نور تشکیل شده اند. برخی حتی می توانند به سمت نور یا خلاف جهت آن شنا کنند. چنین توانایی های ابتدایی حس کننده نور مزیت بقای آشکاری را به همراه دارد.

کمتر از نیم میلیون سال طول کشید تا ابتدایی ترین چشم ها به چشم های پیچیده ای مانند چشم ما تبدیل شود

گام بعدی این بود که موجودات چندسلولی سلول های حساس به نور خود را در یک ناحیه متمرکز کنند. وجود مناطق کوچک متشکل از سلول های حساس به نور احتمالاً مدت ها قبل از کامبرین رایج بود و به حیوانات اولیه اجازه می داد نور را احساس کنند و متوجه شوند از چه جهتی می آید.

ارگان های بینایی ابتدایی همچنان توسط عروس های دریایی و کرم های پهن و دیگر گروه هایی ابتدایی استفاده می شود و به وضوح بهتر از هیچ است.

اولین چشم ها در طبیعت

ساده ترین موجودات دارای لکه های حساس به نور جانوران سرده هیدرا هستند که در آب شیرین های شیرین زندگی می کنند. آن ها چشم ندارند اما وقتی در معرض نور شدید قرار می گیرند، به شکل توپ منقبض می شوند. هیدراها از منظر تکاملی جالب هستند، زیرا تجهیزات اساسی حس کننده نور در آن ها بسیار شبیه تجهیزاتی است که در تبارهای تکاملی دیگر ازجمله پستانداران دیده می شود.

سیستم بینایی هیدراها مبتنی بر دو نوع پروتیین است: اپسین ها که وقتی نور به آن ها برخورد می کند، تغییر شکل می دهند و کانال های یونی که با تولید سیگنال الکتریکی به این تغییر شکل پاسخ می دهند. پژوهش های ژنتیکی نشان می دهد همه سیستم های اپسین /کانال یونی از جد مشترکی شبیه هیدراها تکامل پیدا کرده اند که به منشا تکاملی واحد همه سیستم های بینایی اشاره دارد.

مرحله بعدی، ایجاد فرورفتگی کوچک حاوی سلول های حساس به نور است. این امر تشخیص جهت نور و بنابراین احساس حرکت را آسان تر می کند. هرچه فرورفتگی عمیق تر باشد، قدرت تشخیص بیشتر است. سپس می توان با باریک کردن دهانه گودال به طوری که نور از روزنه کوچکی مانند دوربین سوراخ سوزنی وارد شود، بهبود بیشتری انجام داد. با استفاده از این نوع تجهیزات، شبکیه چشم قادر به تجزیه تصاویر است که پیشرفت بزرگی در مدل های قبلی به حساب می آید. چشم های دوربین سوراخ سوزنی که فاقد عدسی و قرنیه هستند، امروزه در ملوانک ها (ناتیلوس) یافت می شوند.

آخرین تغییر بزرگ ایجاد عدسی است. این ساختار احتمالاً به شکل لایه محافظ پوست آغاز شد که روی دهانه رشد کرد ولی بعداً تکامل پیدا کرد و به ابزار نوری تبدیل شد که می توانست نور را روی شبکیه متمرکز کند. وقتی این اتفاق افتاد، کارآیی چشم ها به عنوان سیستم تصویربرداری از حدود یک درصد به 100 درصد رسید.

چشم هایی از این نوع هنوز در جعبه زیان یافت می شود. جعبه زیان شکارچیان بسیار متحرک و زهرآگین دریایی شبیه عروس دریایی هستند. آن ها 24 چشم دارند که در چهار گروه منظم شده اند؛ 16 عدد گودال حساس به نور هستند اما یک جفت چشم در هر خوشه پیچیده است و دارای عدسی، شبکیه، عنبیه و قرنیه است.

تریلوبیت ها مسیر کمی متفاوتی را طی کردند و چشم های مرکب با عدسی های متعدد را تکامل دادند. اما توالی اصلی رویدادها یکسان بود. اگرچه تریلوبیت ها اولین جانورانی بودند که به این اختراع دست پیدا کردند، تنها جانوران دارای این قابلیت نبودند. زیست شناسان بر این باورند که در بسیاری از موارد و شاید صدها مورد، چشم ها به طور مستقل تکامل پیدا کردند.

تکامل چشم ها تحول عظیمی را به دنبال داشت. در دنیای بدون بینایی اوایل کامبرین، بینایی به منزله ابرقدرت بود. تریلوبیت ها به اولین شکارچیان فعال تبدیل شدند که می توانستد به شکلی که قبلاً هیچ حیوانی توانایی آن را نداشت، طعمه را جست وجو و تعقیب کنند. در این شرایط، تعجبی ندارد که قربانیان آن ها درجهت مقابل تکامل پیدا کردند. تنها چند میلیون سال بعد چشم ها همه جا را فرا گرفت و حیوانات فعال تر و زره پوش شدند. این انفجار نوآوری تکاملی چیزی است که «انفجار کامبرین» معروف است.

بینایی در کل شاخه های حیوانات فراگیر نیست. از 37 شاخه حیوانات چندسلولی، فقط 6 شاخه آن را تکامل دادند. اما این 6 شاخه ازجمله شاخه خود ما یعنی طنابداران و همچنین بندپایان و نرم تنان فراوان ترین، گسترده ترین و موفق ترین حیوانات روی زمین هستند.

بینایی انسان در آینده چه مسیر تکاملی را طی می کند؟

وابستگی رو به رشد ما به فناوری و دستگاه های دیجیتال ممکن است موجب ظهور شکل چشم جدیدی شود. عضلات اطراف چشم کشیده می شوند تا وقتی به چیزی از نزدیک خیره می شوید، عدسی را جابه جا کنند. شکل گرد چشم در پاسخ به این کشیدگی عضلانی کشیده می شود.

زمان استفاده از صفحه نمایش با استفاده از تلفن های همراه، تبلت ها و کامپیوترها در طول سال ها به طور چشمگیری افزایش پیدا کرده است. مطالعات اخیر افزایش نزدیک بینی در کودکان و ناتوانی در دیدن دور را گزارش کرده اند.

سایر فرصت های تکاملی برای چشمان ما درحال حاضر چندان آشکار نیست. باید دید که آیا درمان های اصلاحی پیشرفته مانند پیوند قرنیه یا پروتزهای بینایی تاثیر تکاملی طولانی مدتی بر چشم انسان خواهند گذاشت.

227227