Как тиранозавр сделал вашу собаку дальтоником?

Недавние генетические открытия показывают, как первые млекопитающие приобрели ночное зрение, чтобы процветать в мире, где доминируют рептилии.

У вас исключительные глаза. Как и у вашей мамы. Фактически, у всех нас исключительные глаза, такие же как у наших далеких родственников-приматов. Дело не в том, что они красивые (хотя я уверен, что ваши глаза действительно такие), а в том, что они исключительные из-за большого количества колбочек. Именно эти колбочки (фоторецепторы глаза) позволяют видеть такой широкий диапазон цветов, что не доступно вашей собаке. Недавние открытия показывают, что дальтонизм вашей собаки берет свое начало со времен динозавров, доказывая, что для млекопитающих глаза — это окно в эволюционное прошлое.

Глаза развивались разной формы, с разными механизмами и с разными способностями. Насекомые известны своими потрясающими сложными глазами, состоящими из нескольких светоприемных блоков, связанных вместе, чтобы создать составное изображение мира. Даже они различаются по своему устройству, от репозиции до суперпозиции, параболического или суперфасеточного.

Как млекопитающим, нам ближе несложные глаза, которые также имеют невероятное множество расположений. Ямочные глаза, согласно названию, представляют собой простую форму глазного пятна, помещенного в ямку и, вероятно, напоминающие самые ранние несложные глаза. Сферические линзы и глаза с несколькими линзами могут создавать более резкое изображение и встречаются у брюхоногих моллюсков (например, улиток) и головоногих моллюсков (например, осьминогов). Большинство наземных позвоночных, в том числе млекопитающие, рептилии и птицы, имеют линзовые глаза с рефракционной роговицей, которая включает в себя отрицательную линзу, увеличивающую изображение, проецируемое на заднюю часть глаза. Именно там свет обрабатывается сетчаткой — участком светочувствительных фоторецепторных клеток, которые посылают сигналы по зрительному нерву в мозг. В основном так видят животные.

Одна из многих распространенных ошибок креационистов состоит в том, что они полагают, что различная сложность глаза является признаком направляющей божественной руки. Как могло происходить что-то настолько сложное постепенно в серии случайных мутаций? Какая польза от половины глаза? Однако такой подход к эволюции глаза по принципу «все или ничего» не учитывает диапазон механизмов и сложность зрения у всего спектра животных на Земле на протяжении всего времени.

Глаза развивались независимо как минимум сорок раз за всю историю жизни. Другими словами, не было ни одного предка, у которого развился глаз, от которого произошли все остальные глаза, а было несколько предков в нескольких линиях животных. Появление подобных структур снова и снова у неродственных групп животных не является чем-то необычным и даже удивительным. Ведь мы имеем одни и те же химические строительные блоки жизни и все подвержены случайным мутациям из поколения в поколению, поэтому неудивительно, что на “новую” разработку может «наткнуться» несколько групп. Если это окажется выгодным, ее, вероятно, сохранят, потому что это помогает животному лучше выживать. Глаза занимают довольно высокое место в списке физических характеристик, полезных для большинства живых подвижных организмов.

Светочувствительные клетки сетчатки позвоночных бывают двух основных типов: колбочки и палочки. Колбочки менее чувствительны к свету, но позволяют животным различать цвета, обнаруживая различные пиковые длины волн света. С другой стороны, палочки более чувствительны при слабом освещении, но в ущерб разрешению. Глаза всех животных содержат различное количество палочек и колбочек в сетчатке. Вы, возможно, ожидали, что палочки эволюционируют первыми, а позже превратятся в более сложные колбочки, определяющие цвет — в конце концов, черно-белая фотопленка появилась раньше, чем цветная. На самом деле верно и обратное: сначала появились конусообразные фоторецепторы, затем из них развились палочки, даже использовав конусную схему сетчатки.

Большинство позвоночных животных, таких как рыбы, птицы и рептилии (и, следовательно, почти наверняка динозавры), имеют множество колбочек в сетчатке глаза и могут обнаруживать широкий спектр света. С другой стороны, у большинства млекопитающих много палочек и мало колбочек, что снижает цветовое зрение, но дает хорошее зрение при слабом освещении. Дальтонизм млекопитающих называется протанопией и не позволяет им различать красно-желто-зеленые части светового спектра. Приматы — одни из немногих млекопитающих с хорошим цветовосприятием благодаря дупликации генов опсина у наших предков. Опсины — это светочувствительные белки в фоторецепторных клетках сетчатки, которые преобразуют свет в электрохимические сигналы. Эта дупликация у наших предков позволила им определять цвет и, как полагают, дало преимущество в выживании в поисках спелых фруктов в их лесной среде обитания.

Почему большинство млекопитающих видят наш мир в тусклом цвете? Считается, что причина доминирования палочек у млекопитающих восходит к периоду нашей самой ранней истории, между 225-65 миллионами лет назад (мезозой). Рептилии, такие как динозавры, были правителями мира в то время, но самые ранние млекопитающие также произошли в это время. Они процветали на протяжении всего мезозоя, переживая не только тот же период в 150 миллионов лет, что и их чудовищные далекие родственники, но и пережили событие мел-палеогенового вымирания, которое положило конец жизни многих других позвоночных в конце мелового периода.

Однако успешное проживание рядом с рептилиями мезозоя имело последствия для этих самых ранних млекопитающих. Такие млекопитающие были миниатюрного роста: немногие были крупнее лисы, большинство — намного меньше. Тем не менее, хорошие вещи поставляются в небольших упаковках, и эти млекопитающие-первопроходцы использовали экологические ниши, которые мы также видим у мелких млекопитающих сегодня: они рыли, как кроты, лазили по деревьям, как белки, и плавали, как выдры. Но было одно нововведение, которое напрямую повлияло на их зрение: они стали вести ночной образ жизни.

Считается, что ночное существование было одним из величайших нововведений наших предков. Возросшая зависимость от обоняния была одной из движущих сил увеличения размера мозга, а их шерсть позволяла им выдерживать самую холодную часть 24-часового цикла Земли. Большинство рептилий, вероятно, вели дневной образ жизни (были активны днем), оставляя темноту скромным млекопитающим. Этот период эволюции млекопитающих получил название «гипотезы ночного бутылочного горлышка» (nocturnal bottleneck hypothesis). Любая случайная мутация, улучшающая зрение при слабом освещении, дала бы этим животным явное преимущество в выживании.

Так наши древние предки-млекопитающие приобрели ночное зрение.

Это объяснение дальтонизма млекопитающих — больше, чем просто догадки: в недавней статье представлены биологические доказательства в поддержку этой теории. Изучив, как гены, регулирующие развитие палочек, экспрессируются на ранних стадиях роста мышей, а затем сравнив их с рыбками данио, ученые смогли показать биологический механизм, который преобразовал колбочки млекопитающих в палочки. Возможность точно определить это является жизненно важным подтверждением теории о том, что ранние млекопитающие стали вести ночной образ жизни.

Это сочетание ночного зрения и увеличенного мозга, наряду с изменениями зубов и скелета, способствовала огромному успеху млекопитающих. Это позволило им использовать уникальные экологические ниши, процветая вместе с динозаврами миллионы лет, в конце концов, пережив их. Когда динозавры ушли, млекопитающие захватили дневное время, резко увеличились в размерах и стали более разнообразными.

Ваш волнистый попугайчик может видеть больше цветов, чем ваша собака, благодаря борьбе за выживание между их древними предками: динозаврами и первыми млекопитающими. Приматы заново открыли цветовой спектр, но в наших генах таится наследие этого «ночного бутылочного горлышка»: генетического следа, ведущего назад к случайным мутациям, которые когда-то оказались полезными для выживания.

Ссылки:

Источник: Did T. rex make your dog colour blind?

  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •