科學家將人類眼睛的驚人起源追溯到一個古老的“巨人”

隆德大學和蘇塞克斯大學最近的研究表明，脊椎動物的第一個祖先在大約 6 億年前經歷了一個類似巨人的階段。研究人員表示，這種動物的中央眼最終促成了當今脊椎動物雙眼的發展。

更令人驚訝的是，這種古老視覺系統的一部分可能仍然存在於現代大腦中，如松果體，這是一種有助於調節睡眠的器官。

「結果令人驚訝，」隆德大學感覺生物學榮譽教授 Dan-E Nilsson 說。 “它們顛覆了我們對眼睛和大腦進化的理解。”

一個小獨眼祖先

研究人員描述的遠祖是一種身體像蠕蟲的小生物。它在海洋中生活了大約6億年，一生的大部分時間都在一處度過，從周圍的海水中過濾浮游生物來獲取食物。

在其演化史的早期，該生物體似乎擁有兩隻眼睛或至少兩組能夠偵測光的細胞。雙眼在動物界很常見，因為它們可以幫助移動的動物判斷周圍物體的方向、距離和位置。

「我們不知道進化樹分支中的雙眼是否只是感光細胞或簡單的成像眼睛，」丹·E·尼爾森說。 “我們只知道有機體後來失去了它們。”

因為這種生物已經採取了平靜、久坐的生活方式，所以它不再嚴重依賴複視。經過許多世代的努力，眼睛逐漸消失，因為它們幾乎沒有什麼用處。

然而，這種動物在其頭部中部保留了一組可以感知光線的細胞。這些細胞發育成原始中央眼，也稱為間質眼。

這個簡單的成員可能沒有創建詳細的圖像。相反，它可能幫助動物區分白天和黑夜，並確定哪個方向是向上的，這兩者對於在海洋中生存很有用。

那雙眼睛怎麼又回來了？

數百萬年後，這種動物的後代再次開始活躍地游泳。移動的生活方式對視覺產生了新的需求，尤其是偵測食物、障礙物、掠食者和運動方向的能力。

研究人員得出的結論是，原始普通眼睛的一部分在進化過程中被重複使用。從這個中央視覺結構中，最終進化出了一雙能夠形成圖像的新眼睛。

這種不尋常的過程可以解釋為什麼脊椎動物眼睛的組成與許多其他動物的眼睛不同。

「現在我們終於明白為什麼脊椎動物的眼睛與所有其他動物群體（例如昆蟲和魷魚）的眼睛如此不同。我們眼睛的膜（視網膜）是從大腦進化而來的，而昆蟲和魷魚的眼睛起源於頭部兩側的皮膚，」丹·E·尼爾森（Dan E. Nelson）說。

視網膜是眼睛後部的一層薄薄的組織。它包含檢測光並將其轉換為電信號的細胞，然後將其發送到大腦並收集成我們看到的圖像。

在脊椎動物中，視網膜與大腦密切相關，因為它是在演化過程中從腦組織發展而來的。相較之下，昆蟲和烏賊的眼睛是透過不同的演化路徑產生的，涉及頭部表面的組織。

眼睛發育的奇怪轉變

研究人員將脊椎動物的眼睛描述為不尋常的進化轉變的產物。一位祖先在很大程度上不活動後首先失去了雙眼，保留了一個簡單的中央眼睛，後來使用該結構的一部分來構建一個新的、更先進的視覺系統。

他們的結論是基於不同動物組的光檢測細胞的大規模比較。研究小組檢查了這些細胞在體內出現的位置、它們的功能以及它們如何與其他組織和神經連接。

這項證據表明，脊椎動物的眼睛是透過這種特定的變化序列產生的，而不是從產生昆蟲、魷魚和其他動物眼睛的相同結構進化而來。

「我們現在第一次了解了分析視網膜影像的神經迴路的起源，」Dan-E Nelson 補充道。

神經迴路是處理訊息的連接神經元的網路。在視網膜中，這些電路在視覺訊號到達大腦之前就開始調節它們，幫助確定亮度、對比、運動和形狀等特徵。

舊眼睛仍在大腦內

也許該理論最令人驚訝的部分是古代中眼並沒有完全消失。

研究人員認為，它的進化殘餘至今仍然存在，即松果體，這是位於脊椎動物大腦深處的小器官。儘管人類不使用松果體來觀看影像，但它仍然與身體對光明和黑暗的反應有關。

松果體會產生褪黑激素，這是一種有助於控制晝夜節律的激素。這種內部計時系統會影響身體在大約每個 24 小時週期內何時感到清醒或困倦。

在許多脊椎動物中，松果體系統對光線直接敏感。對人類來說，有關光的資訊主要透過眼睛到達大腦，使褪黑激素的產生在夜間上升，在白天下降。

「令人驚訝的是，我們的松果體根據光線調節睡眠的能力源自於 6 億年前古代祖先的中獨眼眼，」Dan-E Nelson 總結道。