فرگشت چشم‌ها، دیدن نور. بخش۱

توضیح: مقاله «دیدن نور» که در مجله نشنال‌جئوگرافیک و نسخه‌ی فارسی آن «گیتانما» به‌چاپ رسیده است در چند بخش ارائه می‌شود. در این مقاله نحوه  دیدن نور در انواع جانوران و فرگشت چشم‌ها بر اساس آخرین تحقیقات بررسی می‌شود.

دن‌-اریک نیلسون، در آزمایشگاه خود در دانشگاه لوند (Lund University) سوئد، روی چشم‌های یک عروس دریایی مطالعه می‌کند. چشمان نیلسون، که هر دوی آن‌ها آبی کمرنگ هستند، جلوی صورت بانگاه مستقیم قرار گرفته‌اند. اما بر خلاف او عروسی دریایی ۲۴ چشم قهوه‌ای تیره دارد که به چهار دسته به نام روپالیا (rhopalia) تقسیم شده‌اند.

نیلسون یک نمونه از روپالیوم‌ها را در دفترش به من نشان می‌دهد: شبیه توپ گلفی است که تومورهایی درآورده باشد و با یک ساقه‌ی انعطاف‌پذیر به بدن عروس دریایی متصل است. نیسلون می‌گوید: «اولین باری که آنها را دیدم، باورم نمی‌شد چه دارم می‌بینم. شکل عجیبی داشتتد.»

چهار چشم از شش چشمی که در هر روپالیوم هست، تنها شکاف و حفره‌های ردیاب نوری‌اند. اما دو چشم دیگر به طور عجیبی پیشرفته هستند. آن دو چشم، مانند چشمان نیلسون، مجهز به عدسی‌های متمرکزکننده‌ی نور و قادر به دیدن تصاویر هستند٬ هرچند با وضوح پایین‌تر. نیسلون، علاوه بر سایر موارد، از چشمان خود برای جمع آوری اطلاعات و دانش درباره‌ی تنوع بینایی حیوانات استفاده می‌کند.

اما عروسی دریایی چطور؟ او یکی از ساده‌ترین انواع حیوانات است، تنها یک تکه‌ای ژلاتینی ضرباندار با چهارشاخک نیش‌داراست. حتی مغز درست و حسابی هم ندارد. تنها حلقه‌ای از نورون‌ها دور شکم حیوان قرار گرفته‌اند. به چه اطلاعاتی می‌تواند نیاز داشته باشد؟

در سال ۲۰۰۷، نیلسون و تیمش نشان دادند که عروس دریایی تریپدالیا سیستافورا (Tripedalia Cystophora) برای دیدن موانع نزدیک شونده، مانند ریشه‌های گیاه کرنا (مانگرو) که میانشان در حالی شناست، از چشم‌های زیرین خود استفاده می‌کند. چهار سال دیگر طول کشید تا کشف کردند چشمان بالایی عدسی دار به چه کاری می‌آیند.

اولین سرنخ مهم وجود یک تراز کیسه‌ی استاتولیت شناور زیر روپالیوم بود که باعث می‌شود چشم بالایی همیشه سمت بالا را نگاه کند، حتی اگر خود عروسی دریایی سروته شنا کند. اگر این چشم ذرات تیره‌ای ردیابی کند، عروس دریایی میفهمد که زیر گروهی از کرناها(گیاهان زیر آب) قرار گرفته، جایی که می‌تواند سخت پوستانی کوچکی را که تغذیه می‌کند، بیابد. اگر تنها نور روشنی ببیند، معنی‌اش این است که وارد آب‌های باز شده و احتمال دارد گرسنه بماند. این تکه‌ی بی‌مغز می‌تواند با کمک چشم‌های خود غذا پیدا کند. از موانع دوری کند و زنده بماند.

چشم‌های عروس دریایی بخشی از تنوع وسیع و تقریبا بی‌پایان چشم‌ها در قلمرو حیوانات محسوب می‌شوند. بعضی‌ها سیاه و سفید می‌بینند، بعضی‌های دیگر کل طیف‌های رنگین‌کمان و فراتر از آن و اشکال نوری را می‌بینند که چشم ما قادر به دیدن آنها نیست. بعضی‌ها حتی‌ نمی‌توانند جهت نور دریافتی را تشخیص بدهند، بعضی‌های دیگر قادرند یک شکار مترحک را از کیلومترها ردیابی کنند.

ریزترین چشم‌ها، روی سرمگس پریساست. آن‌ها تقریبا به اندازه‌ی یک آمیب هستند؛ و بزرگترین چشم‌ها هم که به اندازه‌ی بشقاب غذاخوری است، به گونه‌های ماهی‌های مرکب عظیم‌الجثه (خاسَک یا سَرپاوَر) تعلق دارند.

چشم ماهی مرکب، مانند چشمان ما انسان‌ها، مثل دوربین کار می‌کند و یک عدسی، نور را در شبکیه‌ی چشم که پر از گیرنده‌های نوری است، متمرکز می‌سازد؛ سلول‌هایی که فوتون‌ها را جذب کرده و انرژی‌شان را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کنند. بر خلاف آن، چشمان مرکب مگس نور دریافتی را میان هزاران واحد مجزا، هر کدام مجهز به عدسی و گیرنده‌های نوری خود، تقسیم می‌کند.

چشمان انسان، مگس و ماهی مرکب به صورت جفت روی سر صاحب خود قرار گرفته‌اند. اما چشم‌های گوش‌ماهی‌ها به ردیف روی لبه پوسته‌شان قرار دارد، چشم‌های ستاره‌های دریایی روی نوک بازوهایشان است و کل بدن خارپشت دریایی بنفش نقش یک چشم بزرگ را ایفا می‌کند. بعضی از چشم‌ها دارای عدسی دو دید (دو کانونی) هستند، بعضی‌ها آینه دارند، بعضی‌ها هم چشمانی دارند که در آن واحد بالا پایین و دو طرف خود را نگاه می‌کنند.

این تنوع از جهتی، گیج کننده است. همه‌ی چشم‌ها نور را ردیابی می‌کنند و نور به شیوه‌ای قابل پیش بینی رفتار می‌کند. اما کاربردهای بسیاری دارند. نور نشان می‌دهد که چه موقع از روز است و عمق آب و وجود سایه راهم نشان می‌دهد. روی دشمن، جفت و جان‌پناه منعکس می‌شود. عروس دریایی از آن برای یافتن مکان‌های امن جهت تغذیه و زندگی استفاده می‌کند.

شما از چشم‌ها و دیدن برای بررسی چشم‌اندازها، تفسیر حالات چهره و خواندن این کلمات استفاده می‌کنید. کارهایی که چشم‌ها انجام می‌دهند، تنها با مرزهای طبیعت محدود می‌شوند. آنها نشانگر تعاملی چشمگیر بین ثبات علم فیزیک و بی‌نظمی زیست‌شناسی هستند.

دانشمندان برای درک درست پدیده‌ی تکاملی چشم، باید علاوه بر مطالعه روی ساختارش، کارهای دیگری هم انجام دهند. باید همان کاری را انجام بدهند که تیلسون در آزمایشگاه با عروس دریایی کرد؛ درک نحوه‌ی استفاده‌ی جانوران از چشمهای خود.

حدود ۵۴۰ میلیون سال پیش، اجداد اکثر گروه‌های جانوریِ امروزی، طی پدیده‌ی فوران گونه‌زایی، معروف به انفجار کامبرین (Cambrian Explosion)، ناگهان وارد صحنه شدند. بسیاری از این موجودات ابتدایی از خود فسیل به‌جای گذاشتند. بعضی از آن‌ها چنان به خوبی حفظ شده‌اند که دانشمندان موفق شدند با استفاده از تصاویر به دست آمده از میکروسکوپ‌های الکترونی، آناتومی داخلی بدن موجودات، از جمله چشم‌ها را ببینند و چشم‌انداز صاحبشان از جهان را بازسازی کنند.

بریجیت شوتیمان، از دانشگاه کلن آلمان، می‌گوید: «در شگفت بودم. حتی می‌توانیم تعداد فوتون‌هایی را هم که دریافت می‌کرده‌اند، محاسبه کنیم.» اما این چشم‌ها پیچیده بودند و از چشم ساده‌تر اجدادشان اثری در دست نیست. سوابق فسیلی به ما نشان نمی‌دهند که حیوانات نابینا چگونه قدرت دید به دست آوردند. این معما چارلز داروین را به شدت برآشفته می‌کرد.

او در کتاب خاستگاه گونه‌ها می‌نویسد: «باید اعتراف کنم فرض این که چشم، با تمام تدابیر بی‌مانندش می‌تواند به انتخاب طبیعی (Natural Selection)شکل گرفته باشد. به نظر بی‌نهایت نامعقول می‌آید.»

آفرینش‌باوران مایل‌اند سخن مرد بزرگ را همین‌جا، جایی که به نظریه‌ی خودش هم شک دارد، به پایان برسانند. اما داروین، در جمله‌ی بعدی، معمایش را حل می‌کند:«اما عقل به من می‌گوید اگر درجه‌بندی‌های متعددی از یک چشم بی‌نقص و پیچیده تا یک چشم ناقص و ساده وجود داشته باشد، و هر درجه برای صاحب آن مفید باشد. پس باور این که یک چشم بی‌نقص و پیچیده از انتخاب طبیعی به وجود آمده، هر چقدر هم برای ذهن ما غیرقابل درک باشد. خیلی هم سخت نیست.»

درجه‌بندی‌ای را که او از آن صحبت می‌کند، می‌توان نشان داد. بین لکه‌های ابتداییِ حساسی به نور یک کرم خاکی و چشم‌های دوربین فوق‌العاده تیز عقاب‌ها؛ همیشه می‌توان میان جانوران زنده یک حد میانه‌ای پیدا کرد. نیلسون حتی نشان داده است که نوع اول (ابتدایی) می‌تواند در مدت زمان بسیار کوتاهی به نوع دوم (پیشرفته) تبدیل شود.

او شبیه‌سازی آن را با به کار بردن قطعه‌ی کوچک و تختی از سلوله‌ای رنگدانه‌دار حساس به نور آغاز کرد. سلول‌های مزبور در هر نسل یک ساله کمی ضخیمتر می‌شوند. سرانجام از حالت تخت به شکل کاسه کوچک درمی‌آیند. بعد یک عدسی خام به وجود می‌آید که به تدریج رشد می‌کند. حتی در بدترین شرایط، یعنی اگر چشم طی هر نسلی تنها ۰/۰۰۵ درصد رشد داشته باشد، تنها ۳۶۴ هزار سال طول می‌کشد تا آن ورق ساده به عضو دوربین مانند کاملا فعالی تبدیل شود. با توجه به فرضیه‌ی تکامل، فقط یک چشم به هم زدن طول می‌کشد.

ادامه دارد…