Yakın zamanda Current Biology dergisinde yayımlanan yeni bir araştırma, omurgalıların karmaşık çift gözlerinin, antik bir atanın kafasının tepesinde bulunan tek bir merkezi gözden evrimleşmiş olabileceğini öne sürüyor. Araştırmacılar, gözlerimizin içindeki ışığı algılayan dokuların gözlerden daha eski olduğunu ve bu orijinal görsel sistemin kalıntılarının hala insan beyninin derinliklerinde işlev gördüğünü varsayıyor. Bu çalışma, omurgalı görme yetisinin evrimsel yolculuğunun, hayvan krallığının geri kalanıyla karşılaştırıldığında radikal biçimde farklı bir açıklamasını sunuyor.
Hayvanların gözleri genellikle fotoreseptör adı verilen iki farklı ışık algılama hücresi türüne dayanır. Vücutlarının belirgin sol ve sağ yarılarına sahip çift taraflı simetriye sahip hayvanlarda tipik olarak bu hücre gruplarının her ikisi de bulunur. İlk grup rabdomerik fotoreseptörler olarak adlandırılır. Bu hücreler, omurgasız hayvanların başlarının yanlarındaki çift gözleri oluşturur ve görsel navigasyon ile görüntü işleme için kullanılır.
Omurgalı Gözlerinin Eşsiz Evrimi
İkinci grup ise siliyer fotoreseptörlerdir. Bu hücreler genellikle beynin daha derinlerinde veya kafanın tepesinde tek bir noktada bulunur. Görüntü oluşturmak yerine, hayvanın günlük biyolojik ritimlerini düzenlemesine ve ortam ışığı seviyelerini izlemesine yardımcı olurlar. Böcekler, yengeçler ve ahtapotlar bu standart biyolojik şemaya uyar.
İnsanlar, kuşlar, sürüngenler ve balıklar gibi omurgalılar grubu ise bu evrimsel kuralı tamamen yıkmaktadır. İnsan gözü ışığı yakalamak için siliyer hücreleri kullanır, ancak daha sonra bu sinyalleri oluşan görüntüyü işlemek için rabdomerik özelliklere sahip nöronlara iletir. Bu iki farklı hücresel sistemin bu benzersiz birleşimi doğada başka hiçbir yerde görülmez.
Bilim camiası, insan gözlerinin bu olağandışı hibrit yapıyı nasıl kazandığına dair kapsamlı bir açıklama bulmakta zorlanıyordu. Sussex Üniversitesi'nden nörobilimci ve çalışmanın ortak yazarı Thomas Baden, BBC Science Focus'a yaptığı açıklamada, "Görüş için orijinal çözüm nedir ve farklı türler bunu kendilerine göre ne ölçüde kopyaladı veya değiştirdi? Asıl desenler neler? Zamanla bunu yaptığınızda, orijinal göz nedir diye düşünmeye başlarsınız," dedi.
Evrimsel Bulmacanın Çözümü: Tek Gözlü Atadan Gelen Görüş
Bu evrimsel bulmacayı çözmek için bilim insanları, 36 büyük hayvan grubundaki ışık algılama hücrelerinin yerleşimini ve işlevini analiz ettiler. Evrimsel zaman çizelgesini haritalandırarak, yaklaşık 600 milyon yıl önce yaşamış, solucan benzeri antik bir ataya işaret eden bir desen belirlediler. Bu minik canlının muhtemelen kafasının yanlarında çift gözlere ve tepesinde merkezi bir median göze sahip olduğu düşünülüyor.
Lund Üniversitesi'nden duyusal biyoloji alanında emeritus profesör Dan-Eric Nilsson, bir basın açıklamasında, "Evrimsel ağacımızın dalındaki çift gözlerin ışığa duyarlı hücreler mi yoksa basit görüntü oluşturan gözler mi olduğunu bilmiyoruz. Sadece organizmanın daha sonra onları kaybettiğini biliyoruz," dedi.
Araştırmacılar, omurgalıların atalarının zamanla oldukça hareketsiz bir yaşam tarzı benimsediğini varsayıyor. Su parçacıklarını filtrelemek için okyanus tabanındaki tortuya gömülmeye başladılar. Bu senaryoda, artık etrafta yüzmedikleri için, navigasyon amaçlı karmaşık çift gözlerin korunması gereksiz bir biyolojik maliyet haline geldi.
Sonuç olarak araştırmacılar, yan gözlerin zamanla ortadan kaybolduğunu öne sürüyor. Geriye kalan tek görsel sistem, kafanın tepesindeki tek ışık algılama hücresi yamağıydı. Baden, "Günün hangi saati olduğunu bilme veya derin sularda yukarı-aşağı bilme ihtiyacı ortadan kalkmaz. Bu yüzden, orijinal yan gözleri kaybettiğimizi, ancak iyi işe yaradığı için orijinal orta gözü koruduğumuzu speküle ediyoruz," diye ekledi.
Makaleye göre, milyonlarca yıl sonra bu canlılar yuvalarını terk ederek açık suda yüzmeye geri döndüler. Okyanusta gezinmek yeniden karmaşık görüş gerektiriyordu. Hayvan zaten yan gözlerini kaybettiği için, araştırmacılar evrimin elinde kalan tek ışık algılama ekipmanını yeniden görevlendirdiğini öne sürüyor.
Model, tek median gözün zamanla giderek karmaşıklaştığını, gelen ışığın yönünü algılayabilen kase benzeri uzantılar oluşturduğunu gösteriyor. Bu kaseler sonunda bölündü ve kafanın yanlarına doğru göç etti. Bu göç, tüm omurgalıların bugün kullandığı yeni çift gözleri oluşturmuş olmalıydı.
Gözün Yapı Taşları: Pineal Bez ve Retina Evrimi
Nilsson, "Omurgalıların gözlerinin böcekler ve mürekkep balıkları gibi diğer tüm hayvan gruplarının gözlerinden neden bu kadar kökten farklı olduğunu nihayet anladık. Gözlerimizin filmi olan retina, beyinden gelişirken, böceklerin ve mürekkep balıklarının gözleri başın yanlarındaki deriden köken alıyor," diye belirtti.
Araştırmacılar, bu evrimsel sapmanın insan gözünün garip hücresel yapısını açıkladığını savunuyor. Orijinal median gözün hem siliyer hem de rabdomerik hücreleri içeren karma bir sistem olduğu düşünülüyor. Modern gözlerimizi oluşturmak üzere bölündüğünde, bu hibrit devreyi de beraberinde alarak çok katmanlı bir retina oluşturmuş olması muhtemeldir.
Nilsson, "Retinamızdaki görüntüyü analiz eden nöral devrelerin kökenini de artık anlıyoruz," diye ekledi. Bu yeni sistemde hayati bir bağlantı parçası bipolar hücre oldu. Bipolar hücreler, iki antik fotoreseptör tipi arasında yapısal bir köprü görevi görür.
Yazarlar, bu retinal karmaşıklığın gözün kendisi başın yanlarında tam olarak oluşmadan çok önce geliştiğini ve bipolar hücrelerin kendilerinin iki farklı evrimsel kökene sahip olduğunu öne sürüyor. Baden, "Kafanın tepesindeki orijinal yapı tek bir göz değil; daha çok bir dizi sensör, birden fazla fotoreseptör yaması gibi," diye açıkladı. Bu nedenle, "Anlaşılırsa, retina gözden önce gelir."
Yazarlar, orijinal median gözün hiçbir zaman tamamen ortadan kaybolmadığını öne sürüyor. Bunun yerine, bugün insan beyninin derinliklerinde gömülü küçük bir organ olan epifiz bezi (pineal gland) olarak varlığını sürdürüyor. Memelilerde artık ışığı doğrudan algılamasa da, epifiz bezi hala uyku döngülerini düzenlemek ve melatonin üretmek için gözlerimizden gelen ışık sinyallerini kullanıyor.
Bazı modern hayvanlarda bu atadan kalma üçüncü göz yapısı hala görünür durumdadır. Yeni Zelanda'ya özgü kertenkele benzeri bir sürüngen olan tuatara, kafasının üstünde lens ve retinaya sahip işlevsel bir üçüncü göze sahiptir. Balıklarda ise epifiz bezi, kafatasından geçen ışığı doğrudan algılayabilen daha basit bir organ olarak kalmıştır.
Nilsson, "Epifiz bezimizin uykumuzu ışığa göre düzenleme yeteneğinin, 600 milyon yıl önceki uzak bir atanın siklopik median gözünden kaynaklanması akıl almaz bir durum. Sonuçlar sürpriz. Gözün ve beynin evrimine dair anlayışımızı altüst ediyorlar," dedi.
Etki Analizi
Bu çalışma, omurgalıların görsel evrimine ilişkin ayrıntılı bir hipotez sunsa da, antik tarihi yeniden yapılandırmak için modern hayvanların hücresel ve genetik özelliklerini karşılaştırmaya büyük ölçüde dayanmaktadır. Yarım milyar yıl öncesine ait fosil kayıtları seyrek olduğundan, bilim insanları bu soyu tükenmiş ataların yumuşak dokularındaki yapısal değişikliklerin kesin sırasını doğrudan gözlemleyemezler. Araştırmacılar, milyonlarca yıl boyunca bazı hücrelerin her iki antik gruptan özellikler göstermeye başladığı, kimerizasyon olarak bilinen bir süreçten geçtiği için tüm modern retinal hücreleri kesin evrimsel soy hatlarına temiz bir şekilde kategorize etmenin zor olduğunu belirtiyorlar. Bu karmaşıklık, modern insan gözündeki her bir nöral devrenin kesin kökenlerini izlemeyi zorlaştırmaktadır. Gelecekteki araştırmalar, bu hipotezleri test etmek için daha geniş bir hayvan yelpazesinden genetik veri toplamak üzerine odaklanacaktır. Bilim insanları, gelişmiş haritalama tekniklerini kullanarak epifiz bezinin mikroskobik yapısını retinanınkiyle daha ayrıntılı karşılaştırmayı umuyorlar.
