История зрения: путь от светочувствительности до глаза

Плоские черви

Планарии относятся к типу плоских червей. После физического разделения на части они могут полностью восстанавливаться. Их пищеварительная система не имеет ануса, и ее устройство можно назвать относительно простым. Дышат плоские черви всей поверхностью тела и находятся, как правило, в воде, поэтому для них критично пересыхание. Они живут в темноте и имеют скопление фоточувствительных клеток. Эти «глаза» плоские черви используют для перемещения туда, где темно – они избегают света.

Голова плоских червей содержит скопление нервных клеток, на ней расположены глаза.

Акаш Гуляни из Института биологии стволовых клеток и регенеративной медицины в Бангалоре в Индии (Akash Gulyani at the Institute for Stem Cell Biology and Regenerative Medicine in Bangalore) и его коллеги обнаружили удивительные свойства зрения плоских червей S. Mediterranea: они «убегают» от видимого света и в случае облучения их ультрафиолетом с максимальной чувствительностью в видимом спектре.

Однако более удивительные находки были впереди. После удаления головы планарии продолжали избегать света, но более – в ультрафиолетовом спектре. Через некоторое время вырастала новая голова с глазами, однако чувствительность к ультрафиолету была выше, затем восстанавливалась чувствительность к видимому спектру.

Этот пример показывает, что в одном организме возможно существование двух независимых и различных по происхождению механизмов световосприятия.

У многих животных весь анализ зрительной информации заканчивается в глазу и в дальнейшем с него начинается рефлекс, который проявляется в мышечном действии, к примеру это может быть прыжок с целью захвата пищи или движение к свету. Такое зрение используется рефлекторно, без какого-либо анализа. Иногда этот рефлекс кажется сложным, но никаких эмоций, никаких переживаний относительно увиденного у животного нет: зрение не осознается и не анализируется. То есть именно двигательная реакция на свет должна определять первое зрение как зрение, потому что многие клетки меняют свой метаболизм в ответ на наличие света (например, фотосинтез), однако мы не называем это зрением. До определенного момента можно характеризовать зрение как сигнал к какому-то движению. Комар – съесть. Хищник – бежать. Многие животные не понимают увиденного, так как зрение не проходит через их сознание.

Зрение лягушки, например, тоже проходит вне сознания, она не раздумывает: «Вот я вижу комара, какой он вкусный, съем-ка я его». Все ее зрение – как работа желчного пузыря, без понимания, что происходит.

По мере развития головного мозга часть зрительных функций и многие новые стали обрабатываться в нем. Так, помимо формирования глаза как камеры, стали образовываться зрительные представительства в коре головного мозга, которые позволяли осознавать зрительную информацию, сравнивать ее с увиденным ранее.

Развитие зрения у млекопитающих и приматов связано с эволюцией головного мозга, появлением речи, прямохождением и появлением новых задач, которые оно стало выполнять. Мы обсудим это, когда коснемся вопроса ленивого глаза.

Глаз по своему строению очень похож на камеру, но у него есть свои преимущества и недостатки.

Оптика проецирует мир на матрицу фотокамеры, а в глазу есть роговица и хрусталик, которые фокусируют окружающий мир на сетчатку и расположенные в ней фоторецепторы, воспринимающие поток света, проходящий через зрачок, и эти фоторецепторы генерируют сигнал, поступающий в кору головного мозга. У человеческого глаза очень много общего с камерой, но есть и отличия.