Морение звезды воспринимают свет отдельными светочувствительными клетками, разбросанными по всей поверхности тела. Эти животные способны лишь различать светлое и темное.
У медуз светочувствительные клетки сгруппировались в виде «глазного пятна». Теперь можно было оценить, с какой стороны двигался хищник.
У речной улитки чувствительность органа зрения заметно зависит от направления взгляда.
У моллюска ноутилуса появился глаз с точечным зрачком, напоминавший камеру-обскуру. Однако этот орган зрения улавливоет слишком мало света. Поэтому мир для наутилуса выглядит мрачно.
С появлением хрусталика окружающий мир становится ярким и отчетливым. Подобный глаз природа «изобретала» дважды. Его счастливыми обладателями стели моллюски и позвоночные животные.
Бычий слепень высматривает добычу
Богомол видит все вокруг, даже не поворачивая голову
Добавим, что у насекомых, трилобитов, ракообразных и некоторых других беспозвоночных животных сформировался сложный – фасеточный – глаз. Он состоял из множества отдельных глазков – омматидиев. Глаз стрекозы содержит, например, до тридцати тысяч таких глазков.
Тут впору сделать заметку на полях. В своей книге «Происхождение видов путем естественного отбора» Чарлз Дарвин назвал глаз «органом необычайного совершенства и сложности», и именно это привело его в замешательство. Неужели «зеркало мира», которое мы неизменно носим с собой, возникло из клочка кожи с вкрапленными в него светочувствительными клетками – вроде тех, которыми наделен дождевой червь? Дарвин признавался, что эта гипотеза казалась ему «в высшей степени абсурдной». А противники эволюционной теории по сей день приводят в пример именно глаз – несообразность его законам эволюции. Разве может – по чистой случайности – кожица превратиться в сложнейший орган чувств?
Однако они не правы. Так, глянув на несколько палочек, начерченных для счета дикарем, и, переведя взгляд на самые сложные уравнения высшей математики, с трудом представляешь, что «одно произошло из другого путем долгой эволюции». Но это именно так. Вот и в природе, оглядев ее владения, мы отыскали обладателей самых разных органов зрения. Они помогли нам, пусть очень схематично, понять, как развивалось зрение, как рождались все новые его органы. Что же добавляют в эту схему недавние исследования?
Шведские биологи Дан-Эрик Нильсон и Сюзанна Пелгер из Лундского университета смоделировали на компьютере историю эволюции глаза. В этой модели все началось с появления тонкого слоя клеток, чувствительных к свету. Над ним лежала прозрачная ткань, сквозь которую проникал свет; под ним – непрозрачный слой ткани.
Отдельные, незначительные мутации могли менять, например, толщину прозрачного слоя или кривизну светочувствительного слоя. Они происходили случайно. Ученые лишь внесли в свою математическую модель правило: если мутация улучшала качество изображения хотя бы на один процент, то она закреплялась в последующих поколениях.
Хищные птицы отыскивают грызунов по оставленным им ультрафиолетовым меткам
В конце концов, «зрительная пленка» превратилась в «пузырек», заполненный прозрачным студнем, а затем и в «рыбий глаз», снабженный настоящим хрусталиком. Нильсон и Пелгер попробовали оценить, сколько времени могла длиться подобная эволюция, причем они выбрали худший, самый медленный вариант развития. Все равно результат оказался сенсационным. Краткая история глаза насчитывала всего… чуть более полумиллиона лет – сущий миг для планеты. За это время сменилось 364 тысячи поколений животных, наделенных различными промежуточными типами органов зрения. Путем естественного отбора природа «проверила» все эти формы и выбрала лучшую – глаз с хрусталиком. Задача, как выяснилось, была из легких.
Подобная модель наглядно доказывает, что как только первые примитивные организмы открыли саму возможность «запечатлевать» мир – моментально копировать одним из своих органов расположение окружающих предметов и их форму, – тут же этот орган начат совершенствоваться, пока не достиг высшей формы развития. История глаза, в самом деле, оказалась краткой; она была «молниеносной войной» за возможность «видеть все в истинном свете». В победителях числятся все – и человек, и рыбы, и насекомые, и улитки, и даже эвглена, порой получше нас, «амбивалентных», различающая, где черное, а где белое.
Модель шведских ученых вполне вписывается в «ревизию биологических вех», происходящую в последнее время в науке (см. «Знание – сила», 2002, № I). Известные нам ископаемые находки свидетельствуют – и мы уже упоминали об этом, – что эволюция органов зрения длилась сто миллионов лет. По всей вероятности, все произошло значительно быстрее, и в той Книге жизни, что прочитали биологи, недостает пока многих страниц.
Сверху вниз:
Многочисленные светящиеся точки – это глаза раковинного моллюска: у геккона глаза украшены необычным узорам; у гигантского стромбуса – ядовитого брюхоногого моллюска, обитающего в Карибском море, – глаза на ножках
Сверху вниз:
Эта южноамериканская лягушка хорошо видит в темноте потому что глаза у нее навыкате; тарантул преследует свою добычу, значит, зрение у него хорошее
Эта математическая модель, а также генетические открытия убеждают нас в том, что различия между известными типами органов зрения не так велики, как казалось прежде. «Мы убедились, – отмечает немецкий биолог Кристоф Кампенхаузен, – что разные типы органов зрения возникают из-за незначительных изменений в геноме: одни гены активизируются, другие отключаются».
Так, немецкий биолог Вальтер Геринг выяснил, что ген под названием Рах-6 формирует органы зрения у человека, мышей и плодовых мушек дрозофил. Если он имеет дефект, глаз не развивается вовсе или остается в зачаточном виде. В свою очередь, при встраивании гена Рах-6 в определенные участки генома у животного появлялись дополнительные глаза.
Опыты показали, что ген Рах-6 отвечает лишь за развитие органов зрения, а не за их тип. Так, с помощью гена, принадлежавшего мыши, ученый запускал механизм развития глаз у дрозофил, причем у них появлялись дополнительные органы зрения – тоже фасеточные – на ногах, крыльях и усиках. «С их помощью насекомые также могли воспринимать свет, – отмечает Вальтер Геринг, – ведь нервные окончания тянулись от дополнительных органов зрения к соответствующему участку головного мозга».
Позднее тот же генетик сумел вырастить на голове лягушки дополнительные глаза, манипулируя геном Рах-6, взятым у дрозофилы. Его коллеги обнаружили тот же самый ген у лягушек, крыс, перепелов, кур и морских ежей. Исследование гена Рах-6 показывает, что все известные нам типы органов зрения могли возникнуть благодаря генетическим мутациям одного и того же «первоглаза».
Впрочем, есть и другие мнения. Ведь, например, у медуз нет гена Рах-6, хотя органы зрения есть. Возможно, этот ген лишь на каком-то этапе эволюции стал управлять развитием зрительного аппарата. Вот что говорит по этому поводу Д.-Э. Нильсон: «У простейших организмов ген Рах-6 отвечает за формирование передней части тела, а поскольку она лучше всего приспособлена для размещения здесь органов чувств, этот ген позднее стал отвечать и за развитие органов зрения».