Evoluzione dell'occhio
L'evoluzione dell'occhio è un esempio di un organo omologo presente in una grande varietà di taxa.
Alcuni componenti dell'occhio, come i pigmenti visivi, sembrano avere un'ascendenza comune - cioè, si sono evoluti una volta, prima che gli animali si irradiassero.
Tuttavia, gli occhi complessi che formano immagini si sono evoluti da 50 a 100 volte, utilizzando molte delle stesse proteine e strumenti genetici nella loro costruzione.
Gli occhi complessi sembrano essersi evoluti per la prima volta entro pochi milioni di anni, nella rapida esplosione dell'evoluzione nota come esplosione cambriana. Non ci sono prove di occhi prima del Cambriano, ma una vasta gamma di diversità è evidente nel Medio Cambriano Burgess Shale.
Gli occhi mostrano una vasta gamma di adattamenti per soddisfare le esigenze degli organismi che li portano. Gli occhi possono variare nella loro acutezza, la gamma di lunghezze d'onda che possono rilevare, la loro sensibilità in condizioni di scarsa luminosità, la loro capacità di rilevare il movimento o di risolvere gli oggetti, e se possono discriminare i colori.
Principali tappe dell'evoluzione dell'occhio.
L'occhio di un mollusco: la regina strombo.
Un ragno saltatore. I ragni hanno diversi occhi.
Questa mantide religiosa ha occhi camuffati
Le lumache di terra hanno di solito due serie di tentacoli sulla testa: il paio superiore ha un occhio all'estremità; il paio inferiore è per l'olfatto.
Tasso di evoluzione
I primi fossili di occhi apparvero durante il periodo Cambriano inferiore, circa 540 milioni di anni fa. Questo periodo ha visto un'esplosione di evoluzione apparentemente rapida, soprannominata "esplosione cambriana". Un biologo sostiene che l'evoluzione degli occhi ha iniziato una corsa agli armamenti che ha portato a una rapida ondata di evoluzione.
Prima di questo, gli organismi possono aver avuto l'uso per la sensibilità alla luce, ma non per il movimento veloce e la navigazione tramite la visione.
È difficile stimare il tasso di evoluzione dell'occhio. Una semplice modellizzazione, supponendo piccole mutazioni esposte alla selezione naturale, mostra che un organo di senso ottico primitivo basato su fotopigmenti efficienti potrebbe evolvere in un occhio complesso simile a quello umano in circa 400.000 anni.
I primi stadi dell'evoluzione dell'occhio
I primi sensori di luce erano proteine fotorecettrici. Si tratta delle macchie oculari, che si trovano nei protisti. Le macchie oculari possono distinguere solo la luce dal buio. Questo è sufficiente per il fotoperiodismo e la sincronizzazione quotidiana dei ritmi circadiani. Non possono distinguere le forme o determinare la direzione di provenienza della luce.
Le macchie oculari si trovano in quasi tutti i principali gruppi animali. Il bulbo oculare dell'Euglena, chiamato stigma, si trova nella parte anteriore. Il suo pigmento rosso ombreggia un insieme di cristalli sensibili alla luce. Insieme al flagello principale, il bulbo oculare permette all'organismo di muoversi in risposta alla luce per assistere nella fotosintesi e per prevedere il giorno e la notte, la funzione primaria dei ritmi circadiani.
I pigmenti visivi si trovano nel cervello degli organismi più complessi e si pensa che abbiano un ruolo nel sincronizzare la deposizione delle uova con i cicli lunari. Rilevando i sottili cambiamenti nell'illuminazione notturna, gli organismi potrebbero sincronizzare il rilascio di sperma e uova per massimizzare la probabilità di fecondazione.
La visione stessa si basa su una biochimica di base che è comune a tutti gli occhi. Il modo in cui questo toolkit biochimico viene utilizzato per interpretare l'ambiente di un organismo varia ampiamente. Gli occhi hanno una vasta gamma di strutture e forme, che si sono tutte evolute abbastanza tardi rispetto alle proteine e alle molecole sottostanti.
A livello cellulare, sembrano esserci due principali "disegni" di occhi, uno posseduto dai protostomi (molluschi, vermi anellidi e artropodi), l'altro dai deuterostomi (cordati ed echinodermi).
Lo stigma (2) dell'euglena nasconde un punto sensibile alla luce.
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Domande e risposte
D: Qual è un esempio di organo omologo?
R: L'evoluzione dell'occhio è un esempio di organo omologo che molti animali hanno.
D: Che cosa fa l'opsina?
R: Le opsine controllano la conversione dei fotoni in segnali elettrici.
D: Quando si sono evoluti gli occhi complessi?
R: Gli occhi complessi sembrano essersi evoluti per la prima volta in pochi milioni di anni, nella rapida esplosione dell'evoluzione nota come esplosione cambriana.
D: Ci sono prove di occhi prima del periodo Cambriano?
R: Non ci sono prove di occhi prima del Cambriano, ma molti occhi possono essere visti nei fossili del Cambriano medio di Burgess Shale.
D: Come variano gli occhi tra gli organismi?
R: Gli occhi variano nella loro acutezza (precisione della vista), nella loro sensibilità ai bassi livelli di luce e nella loro capacità di rilevare il movimento o di identificare gli oggetti. La loro sensibilità alle lunghezze d'onda decide se possono vedere a colori e quali colori possono vedere.
D: Che ruolo svolge la melanopsina?
R: La melanopsina, un'opsina presente nella retina dei mammiferi, è coinvolta nei ritmi circadiani e nel riflesso pupillare, ma non nella visione.
D: Quale evento segna l'inizio dell'evoluzione degli occhi complessi?
R: Gli occhi complessi hanno iniziato ad evolversi durante la rapida esplosione dell'evoluzione nota come esplosione cambriana.
