Ақпарат

Неліктен адам көзі тек көрінетін жарыққа ғана сезімтал болып дамыды?

Неліктен адам көзі тек көрінетін жарыққа ғана сезімтал болып дамыды?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Адам көзі электромагниттік спектрдің көрінетін бөлігіне ғана сезімтал болып өзгерді. Неге? Неліктен инфрақызыл көру бізге эволюциямен ұнамайды, бірақ басқа жануарлар үшін емес? Мен биология маманы емеспін, бірақ қызығамын.


Шындығында, оның эволюцияға немесе тіпті адам биологиясына ешқандай қатысы жоқ.

Неге?

Есімде не бар? Біз раушан деп атайтынымыз, Басқа атаумен бәрібір тәтті иіс болар еді. Уильям Шекспир.

Алдымен көзге көрінетін нәрсені анықтауға тырысыңыз. Әрі қарай әртүрлі құрметті сөздіктердегі оның анықтамасын қараңыз; біздің контекстте бұл білдіреді

бұл көруге болады

Гоффин кукату жағдайын қарастырайық, олар ультракүлгін спектрге дейін көре алады. Олар ағылшын тілінде сөйлемейді (немесе бұл үшін португал тілінде), бірақ олар үшін «бұл не» дегенді білдіреді олар көре алады «.

Сонымен, сіздің сұрағыңызға оралу, тіпті бізде, айталық, инфрақызыл спектрді көру мүмкіндігі болса да, көрінетін: VIBGYOR + инфра. Содан кейін біз бактерияларды жалаңаш көзбен көре алмайтынымызға шағымданатын едік: P


Дарвиннің ең үлкен мәселесі: Көз эволюциясының жұмбақтары

28 қазан, 2004 - Дарвиннің скептиктері оның эволюция теориясына шабуыл жасаған кезде, олар көбінесе көзге назар аударады. Дарвиннің өзі адам көзі стихиялық мутация және табиғи сұрыпталу арқылы дамыды деп ұсынудың «абсурд» екенін мойындады. Еуропалық молекулалық биология зертханасының (EMBL) ғалымдары қазір Дарвиннің басты проблемасын осы аптада Science журналында жарияланған эволюциялық зерттеуде шешті. Олар адам көзінің эволюциялық шығу тегін түсіндірді.

Детлев Арендт пен Йохен Виттбродт зертханаларының зерттеушілері көзіміздің жарыққа сезімтал жасушалары, таяқшалар мен конустардың күтпеген эволюциялық шығу тегі екенін және олар бастапқыда жарыққа сезімтал жасушалардың ежелгі популяциясынан шыққанын анықтады. ми.

«Адамның көз жасушаларының миынан шығуы таңқаларлық емес. Біздің миымызда әлі күнге дейін жарықты анықтайтын және біздің күнделікті белсенділік ырғағымызға әсер ететін жарыққа сезімтал жасушалар бар»,-деп түсіндіреді Виттбротт. «Адамның көзі мидағы жарыққа сезімтал жасушалардан пайда болуы әбден мүмкін. Тек кейінірек эволюцияда мұндай ми жасушалары көзге ауысып, көру қабілетіне ие болады».

Ғалымдар біздің ертедегі ата-бабаларымызда жарыққа сезімтал жасушалардың екі түрі болғанын анықтады: рабдомерлік және цилиарлы. Жануарлардың көпшілігінде рабдомерлік жасушалар көздің бір бөлігіне айналды, ал цилиарлы жасушалар миға ендірілген күйінде қалды. Бірақ адам көзінің эволюциясы ерекше, бұл көру қабілеті үшін алынған цилиарлы жасушалар, нәтижесінде тордың таяқшалары мен конустары пайда болды.

Сонымен, EMBL зерттеушілері ақыр соңында көздің эволюциясын қалай бақылады?

«Тірі қазбаны» зерттей отырып, Platynereis dumerilii, әлі күнге дейін 600 миллион жыл бұрын өмір сүрген ертедегі ата -бабаларына ұқсайтын теңіз құрты. Арендт зерттеуші Адриан Доррестейн түсірген бұл құрттың миының суреттерін көрген (Майнц университеті, Германия). «Мен бұл суреттерді көргенде құрттың миындағы жасушалардың пішіні адам көзіндегі таяқшалар мен конустарға ұқсайтынын байқадым. Осы жарық сезімтал жасушалардың екеуінің де эволюциялық шығу тегі бір болуы мүмкін деген ой мені бірден қызықтырды. . «

Бұл гипотезаны тексеру үшін Арендт пен Виттбротт қазіргі эволюционист -биологтар үшін жаңа құралды & ndash «молекулалық саусақ іздерін» қолданды. Мұндай саусақ ізі белгілі бір жасушада кездесетін молекулалардың бірегей комбинациясы болып табылады. Ол түсіндіреді, егер түрлер арасындағы жасушаларда сәйкес келетін молекулалық саусақ іздері болса, онда жасушалардың ортақ ата -баба жасушасы болуы ықтимал.

Ғалым Кристин Тессмар-Райбл Арендт гипотезасын растайтын маңызды дәлелдер келтірді. EMBL зерттеушісі Хайди Снайманның көмегімен ол құрттың миындағы жасушалардың молекулалық саусақ ізін анықтады. Ол омыртқалылардың таяқшалары мен конустарындағы опсинге қатты ұқсайтын құрттан жарыққа сезімтал опсин молекуласын тапты. "Мен Playtnereis миының жасушаларында белсенді болған омыртқалы типті молекуланы көргенде &ndash бұл жасушалар мен омыртқалылардың таяқшалары мен конустарының молекулалық саусақ ізі ортақ екені анық болды. Бұл жалпы эволюциялық шығу тегінің нақты дәлелі болды. Біз ақырында олардың бірін шештік. адам көзінің эволюциясындағы үлкен құпиялар».


Зерттеу нәтижелері бойынша адам көзі бір фотонды анықтай алады

Сіздің көздеріңіз сіз ойлағаннан да сезімтал болуы мүмкін.

Зерттеушілер сейсенбіде Nature Communications журналында жарияланған зерттеуде біздің жылы, дымқыл, көп жасушалы көздер сезімталдықтың жоғары деңгейінде дамығанын айтады, олар кейде торға бағытталған бір фотонды анықтай алады.

Тіпті ең күрделі техногендік құрылғылар да осындай ерлікке жету үшін салқын, температураны бақылайтын ортаны қажет етеді.

Жалғыз фотон - жарықтан тұратын ең кішкентай бөлшек және оны көру өте қиын.

Нью -Йорктегі Рокфеллер университетінің кванттық физигі және қағаздың аға авторы Алипаша Вазири: «Бұл жарықтың жарығы немесе оған ұқсас нәрсе емес», - деді. «Бұл бір нәрсені көруден гөрі, оны көру сезімі».

Ол оны поэтикалық түрде «қиялдың табалдырығында» деп сипаттады.

«Егер сіз түнгі аспандағы әлсіреген жұлдызға қарасаңыз және оны бір секундта көресіз, бірақ келесі секундта көрмесеңіз - бұл дәл солай», - деді ол.

1940 жылдардағы алдыңғы зерттеулер адам көзі бес-жеті фотонды анықтай алатынын көрсетті. Бірақ бір фотонды анықтау мүмкін бе, жоқ па, бұл түсініксіз болды.

Ғалымдар бір уақытта орта есеппен бір фотон шығаратын жарық көздерін жасай алғанымен, олар жарық көзі әрбір атылған сайын бір, екі, үш немесе нөлдік фотондар шығарылатынын нақты біле алмады.

Бұл мәселені шешу үшін Вазири командасы жоғары энергиялы фотон кристалда өздігінен төмен энергиялы екі фотонға ыдырайтын стихиялық параметрлік төмен айналу (SPDC) деп аталатын процесті қолданды. Бұл фотондардың бірі субъектінің көзіне, ал екіншісі детекторға жіберіледі. Егер детектор фотонды белгілесе, зерттеушілер жұптың екінші жартысын бақылаушыға жіберу керек екенін біледі.

Зерттеу тобы өте аз болды. Барлығы үш қатысушы болды - барлығы ер адамдар және барлығы 20 жастағылар. Олардың барлығының көру қабілеті өте жақсы болды, дегенмен бір субъектінің контактілі линзасы бар.

Эксперимент басталмай тұрып, әрбір қатысушы қараңғыға толық бейімделгеніне көз жеткізу үшін шамамен 40 минут бойы қараңғы бөлмеде отырды. Фотон шығарылған кезде оның тор қабығының ең сезімтал бөлігіне бағытталуын қамтамасыз ету үшін оның басы тіреуіш пен тістеуішпен бекітілген.

Субъект дайын болған кезде түймені басу арқылы эксперимент басталды. Көп ұзамай ол бір секундқа бөлінген екі дыбыстық сигналды естиді. Одан кейін оған фотонның қай сигналдың сүйемелдеуін және қайсысы бос сигнал екенін көрсетуді сұрады. Ақырында, ол өз таңдауына қаншалықты сенімді екенін үш балдық шкала бойынша бағалауы керек болды.

Вазири қатысушыларды таңдау жасауға мәжбүрлеу стратегиясы, тіпті олар дұрыс екеніне сенімді болмаса да, субъектілерді барынша сезімталдыққа итермеледі.

«Бұл зерттеу нәтижелері үшін маңызды болды», - деді ол.

Бір фотонды немесе жарықтың анықталған күйлерінің кез келген санын шығару оңай емес. Тек жақында зерттеушілер, негізінен кванттық оптика мен кванттық ақпарат саласында жұмыс істейді, мұндай жарық күйлерін жүйелі түрде құра алды, деді Вазири. Орнату үшін арнайы кристалдар мен жоғары тиімді детекторлар қажет, бірақ сол кезде де жалғыз фотондарды өндіру жылдамдығы өте төмен.

Бұл жағдайда 30 767 сынақ, тек 2 420 бір фотонды оқиға болды, деп жазды авторлар. Дегенмен, бұл бос сынақтар бақылау ретінде қызмет етті, бұл авторларға субъектілердің біржақты екенін анықтауға мүмкіндік берді, егер олар екінші сигналға фотон ілеседі деп ойлайтын болса. Ол сонымен қатар қатысушылардың сенімсіздік деңгейлері туралы құнды ақпарат берді, деді Вазири.

Зерттеушілердің айтуынша, субъектілер фотонның 51,6% күйгенін дұрыс анықтай алған, бұл әсерлі емес, бірақ статистикалық тұрғыдан маңызды.

«Егер бұл шынымен кездейсоқ болжам болса, бұл нәтижені түсіндірудің ешқандай жолы болмас еді», - деді Вазири.

Сонымен қатар, субъектілер фотонды көргендеріне үлкен сенім білдірген кезде, олар уақыттың 60% -ында дұрыс болды.

Сондай -ақ, авторлар соңғы 10 секунд ішінде басқа фотонға ұшыраған кезде бақылаушылар бір фотонды дұрыс анықтай алатынын анықтады.

Олар сезімталдықтың тез көтерілуіне қандай механизм себеп болатынын білмесе де, Вазири оның эволюциялық артықшылығы болуы мүмкін деп болжады.

«Егер сіз шынымен күңгірт жағдайлармен айналыссаңыз және бір фотонды көрсеңіз, көп ұзамай екіншісін көру сіздің визуалды жүйеңіздің оның шынымен жарық көзі екенін тануына көмектеседі», - деді ол.

Оның айтуынша, оның тобы бұл зерттеуді бастамас бұрын адам көзінің қаншалықты сезімтал екенін білмесе де, біздің көздеріміз тіпті ең кішкентай сәулені де анықтау үшін дамыған.

«Адамдар мұны түсінбейді, бірақ егер сіз табиғатта, кез келген қаладан алыс, айсыз түнде және жұлдызды аспан астында болсаңыз, сыртқы жарық бір фотон деңгейіне жетуі мүмкін», - деді ол. «Мұндай жағдайларда жыртқыштардан құтылу үшін жақсырақ көру арасындағы айырмашылық эволюциялық әсер етуі мүмкін».

Сіз ғылымды жақсы көресіз бе? Мен істеймін! Мені @DeborahNetburn -ті қадағалаңыз және Facebook -те Los Angeles Times Science & amp Health -ке «ұнаңыз».


Микробтың көзі арқылы

Warnowiid өзінің оцелоидімен нені көре алатыны жұмбақ болып қала береді. Көзге ұқсас дизайнымен және жарық жинайтын пигменттерге арналған гендерімен, океллоид міндетті түрде жарықты анықтайды, бірақ біз одан да көп нәрсені білмейміз. Бір ұяшықта кескіндерді өңдеуге ми жетіспейді, сондықтан Леандердің командасы warnowiids олар анықтайтын нәрсені біледі деп ұсынбайды. Дегенмен, көздің торлы қабығының ультрақұрылымы түсінік береді. Warnowiids өтіп бара жатқан олжаны анықтау арқылы анықтауы мүмкін поляризацияланған жарық.

Сол толқындық пішінді мембраналар есіңізде ме? «Торлы қабықтың ішкі құрылысы камералар мен күннен қорғайтын көзілдіріктің линзаларындағы поляризация сүзгілерін еске түсіреді», - деп түсіндіреді Леандер, «параллель орналасқан жүздеген тығыз оралған мембраналар». 12 Сонымен поляризацияланған жарықты анықтау неге пайдалы? Көптеген динофлагеллалар биолюминесценцияға қарамастан, олар басқаша мөлдір. Дегенмен, барлық динофлагеллаттарда тұрақты конденсацияланған хромосомалары бар үлкен ядролар бар. Тығыз ядро ​​ағза арқылы өтетін жарықты поляризациялайды. Сондықтан, warnowiids динофлагеллатты олжадан өту арқылы пайда болатын жарық поляризациясының өзгерістерін анықтау үшін өздерінің океллоидтарын пайдалана алады.


Көз қалай дамыды

Бірде Чарльз Дарвин досына былай деп жазды: «Бүгінгі күннің көзі мені суық дірілдейді. Егер оның эволюция теориясы ол ойлағандай болса, адам көзі сияқты күрделі мүше оған қол жеткізе алмайды. Көздің әдемі құрылысын ешкім Дарвиннен артық бағалаған жоқ&mdash линзаның жарықты торға бағыттау үшін тамаша орналасуынан иристің көзге түсетін жарық мөлшерін реттеу тәсіліне дейін. In Түрлердің шығу тегі, Дарвин жазды, табиғи сұрыпталу идеясы «көзді шығарады, мен еркін мойындаймын, абсурд».

Дарвин үшін бұл сөйлемдегі негізгі сөз көрінді. Егер сіз табиғи әлемдегі әр түрлі көзқарастарға қарап, олардың қалай пайда болатынын қарастырсаңыз, Дарвин түсінді, абсурдтық жоғалады. Адам көзінің дамуы мүмкін емес қарсылықты ол «шынайы деп санауға болмайды» деп жазды.

Бүгінде эволюционист -биологтар тек біздің көзіміздің ғана емес, жануарлар қолданатын ондаған түрлі көздердің шығу тегін ашады. Шыбын көздер бағандардан салынған. Тарақандар қабығынан шығып тұратын нәзік көз тізбегіне ие. Жалпақ құрттардың жарыққа сезімтал қарапайым дақтары бар. Сегізаяқтар мен кальмарлардың біз сияқты камера көздері бар, бірақ кейбір негізгі айырмашылықтары бар. Сегізаяқтар мен кальмарлардың фоторецепторлары сетчаткадан қарашыққа қарай бағытталған. Біздің көзіміз керісінше орналасады. Біздің фоторецепторлар сетчатканың қабырғасына қарашадан алшақ орналасқан.

Ондаған жылдар бойы ғалымдардың көпшілігі бұл әр түрлі көздер өздігінен дамыған деп мәлімдеді. 600 миллион жыл бұрын өмір сүрген алғашқы жануарлар көзсіз жануарлар деп есептелген. Олардың ұрпақтары әртүрлі тектерге тармақталғандықтан, олардың кейбіреулері өздерінің көздерін дамытты. Алайда, бұл шын мәнінде шындыққа жанаспайтыны енді белгілі болды. Барлық көздер, өзінің керемет әртүрлілігімен, оларды құру үшін пайдаланылған гендердің негізгі бірлігін бөліседі. Осы ортақ гендердің тарихын қадағалай отырып, ғалымдар күрделі көздер бірнеше аралық қадамдар арқылы дамыған кезеңдерді ашады.

Жалпы опсиндер

Көзге жарық түскенде, ол опсин деп аталатын молекулаға түседі. Опсиндер фоторецепторлық жасушалардың бетінде отырады және олар фотондарды ұстағанда, фоторецептордың миға электрлік хабарлама жіберуіне әкелетін бірқатар химиялық реакцияларды тудырады. Биологтар барлық омыртқалы жануарлардың көзінде с-опсин деп аталатын опсиннің негізгі түрін алып жүретінін бұрыннан біледі. Барлық c-opsins бірдей негізгі молекулалық пішінге ие, олар акуланың немесе колибридің көзінде болсын. Барлық c-opsins дискілер дестесінде сақталады, олардың әрқайсысы торлы қабықтың кірпік деп аталатын шаш тәрізді ұзартқышынан өседі. Барлық омыртқалыларда с-опсиндер сигналды дискілер жинағынан фосфодиэстераза жолы деп аталатын белоктар арқылы өткізеді. Бұл гомологиялардың барлығы с-опсиндердің барлық тірі омыртқалылардың ортақ атасында болғанын көрсетеді.

Омыртқалылар биатериялықтар деп аталатын түрлердің әлдеқайда үлкен тобына жатады, басқаша айтқанда, солдан оңға симметрияны дамытатын жануарлар. Протостомалар деп аталатын бұл басқа билатериялардың негізгі тегі жәндіктерден жауын құрттары мен кальмарға дейін миллиондаған түрлерді қамтиды. Протостомды көздерде омыртқалыларда кездесетін с-опсиндер болмайды. Оның орнына протостомалар r-opsin деп аталатын басқа молекуланы жасайды. Олар р-опсиндерді дискіде жинаудың орнына, ф-рецепторлардың мембраналарында бүктемелерде р-опсиндерді сақтайды. Р-опсиндердің барлығы сигналдарын ақуыздардың бір жолы арқылы жібереді (с-опсиндер омыртқалы жануарларда сигнал жіберетін жолмен бірдей емес).

Р-опсиндердің бұл ұқсастықтары олардың протостомалардың ортақ атасында, тек ата-бабалары омыртқалылардың ата-бабаларынан тармақталғаннан кейін ғана дамығанын көрсетеді. Сол сияқты, омыртқалылар бөлінгеннен кейін олардың көздерінде тек c-opsins дамыды. Алайда соңғы жылдары эволюциялық биологтар опсиндерді олар болмауы керек жерде тапты.

Мысалы, адамдар р-опсиндерді де жасайды екен. Біз оларды жарық түсіретін фоторецепторлардың беттерінде жасамаймыз. Оның орнына, р-опсиндер торға түсірілген суреттерді миға жібермес бұрын өңдеуге көмектеседі. 2004 жылы Еуропалық молекулалық биология зертханасының қызметкері Детлев Арендт пен оның әріптестері олар болмайтын жерден с-опсиндерді тапты. Олар р-опсиндермен жарықты ұстайтын, құрт деп аталатын жануардың жүйке жүйесін зерттеді. Арендт және оның әріптестері құрт миының үстінен с-опсиндер салынған фоторецепторлар өсетін жұп мүшелерді тапты. Арендт саңырауқұлақ с-опсиндерінің генін реттеді және оны басқа опсиндердің гендерімен салыстырды. Ол бұл біздің көзіміздегі с-опсиндердің гендерімен, құрт-құрттың көзіндегі р-опсиндердің гендерімен тығыз байланысты екенін анықтады. Бұл нәтижелер Арендт пен басқа зерттеушілерді опсиндердің шығу тегі туралы гипотезасын қайта қарауға итермеледі: барлық билатериялықтардың ортақ атасы опсиндердің екі түріне де ие болған болуы керек.

Книдиарлардан алынған кеңестер

Бірақ Санта-Барбарадағы Калифорния университетінің биологы Тодд Окли опсиндер одан да үлкенірек болуы мүмкін бе деп ойлады. Мұны білу үшін Окли мен оның әріптестері екі жақты адамдардың ең жақын туыстарына жүгінді. Книдарийлер деп аталатын бұл тұқымға медуза, теңіз анемоны мен маржан кіреді.

рұқсатымен бейімделген Шатастырылған банк: эволюцияға кіріспе, авторы Карл Циммер (авторлық құқық 2010, Roberts & amp Company, Greenwood Village, CO).

Биологтар бұрыннан белгілі, кейбір книдарийлер жарықты сезе алады. Кейбір медузалардың тіпті көзге ұқсас мүшелері бар, олар өрескел кескін жасай алады. Басқаша айтқанда, книдарлықтар билатериялықтардан түбегейлі ерекшеленеді. Мысалы, оларда ми немесе тіпті орталық жүйке сымы жоқ. Оның орнына оларда тек бос жүйке бар. Бұл драмалық айырмашылықтар кейбір зерттеушілерді билатериялықтар мен книдарлықтардың көздері тәуелсіз дамыған деген болжам жасауға итермеледі. Басқаша айтқанда, книдариялықтар мен билатериялықтардың ортақ ата -бабасының көзі жоқ еді.

Соңғы жылдары ғалымдар книдарлардың екі түрінің, жұлдызды теңіз анемонының (Nematostella vectensis) және тұщы су гидрасының (Hydra magnipapillata) барлық геномдарын ретімен анықтады. Окли мен оның әріптестері өздерінің геномдарын сканерлеп, екі түрдегі цинидарлардың да опсиндердің гендері бар екенін анықтады. Ғалымдар осы гендердің кейбіріне эксперименттер жүргізіп, олардың книдарлардың сенсорлық нейрондарында көрінетінін анықтады. Оклидің зерттеулері, ол күдіктенгендей, опсиндердің билатериялықтарға қарағанда әлдеқайда ертерек дамығанын көрсетеді.

Окли мен Арендт сияқты ғалымдардың ашуларымен біз опсиндердің қалай пайда болғанын біле аламыз. Опсиндер G-ақуызды рецепторлар (GPCRs) деп аталатын ақуыздар отбасына жатады. Олар сондай-ақ жасуша мембраналарының ішіне және одан шығуына байланысты серпентин ақуыздары ретінде белгілі. Серпентин ақуыздары эукариоттар жасушаларында көптеген сигналдарды өткізеді. Ашытқы жасушалары оларды басқа ашытқы жасушалары шығаратын феромондар деп аталатын иіске ұқсас молекулаларды анықтау үшін қолданады. Жануарлар эволюциясының басында серпентин ақуызы мутацияға ұшырап, сигналдың жаңа түрін қабылдайды: жарық.

Бір кезде бастапқы опсин гені қайталанды (8.13 -сурет). Опсиндердің екі түрі әртүрлі тапсырмаларды орындаған болуы мүмкін. Біреуі, мысалы, жарықтың белгілі бір толқын ұзындығына сезімтал болса, екіншісі түн мен күннің циклін бақылаған. Книдарийлер мен билатериялықтар екіге бөлінгенде, мүмкін 620 миллион жыл бұрын, олардың әрқайсысы опсиндердің екі түрін де мұра еткен. Әрбір текте опсиндер одан әрі қайталанып, жаңа формаларға айналды. Осылайша, жануарлар тарихының басында бір ғана опсиннен жарық сезгіш молекулалардың әртүрлілігі дамыды.

Кристалды байланыс

Ең алғашқы көздер жарық пен қараңғылықты ажырата алатын қарапайым көз нүктелері болса керек. Тек кейінірек кейбір жануарларда жарықты кескінге бағыттай алатын сфералық көздер пайда болды. Бұл бейнені қалыптастыратын көздер үшін жарықты фокустай алатын линзалардың эволюциясы маңызды болды. Линзалар денедегі ең мамандандырылған ақуыздардың бірі болып табылатын кристаллиндер деп аталатын керемет молекулалардан жасалған. Олар мөлдір, бірақ көз торына кескінді фокустау үшін түсетін жарықтың жолын өзгерте алады. Кристаллиндер де құрылымын ондаған жылдар бойы сақтай отырып, ағзадағы ең тұрақты белоктар болып табылады. (Катаракта өмірдің соңында кристалдардың жиналуынан туындайды.)

Кристаллиндер де жаңадан алынған гендерден пайда болған екен. Мысалы, барлық омыртқалылардың линзаларында &альфа-кристаллиндер деп аталатын кристалдар болады. Олар жарыққа бағытталған молекулалар ретінде емес, жасушаларға алғашқы көмек ретінде басталды. Жасушалар қызған кезде олардың ақуыздары пішінін жоғалтады. Олар өз жұмысын жалғастыра алу үшін қызып кеткен ақуыздарды өлтіру үшін жылу-соққы ақуыздарын пайдаланады. Ғалымдар & альфа-кристаллиндер көзге жарық шоғырландырып қана қоймай, сонымен қатар дененің басқа бөліктерінде жылу-соққы ақуыздары ретінде қызмет ететінін анықтады. Бұл дәлел ерте омыртқалы жануарларда мутация олардың көздерінің бетінде &альфа-кристаллиндер пайда болғанын көрсетеді. Жарықты иілу үшін дұрыс оптикалық қасиеттерге ие болып шықты. Кейінгі мутациялар &альфа-кристаллиндерді дәл реттеп, оларды жаңа жұмысында жақсырақ етеді.

Омыртқалылардың көзінде басқа кристаллдар да пайда болады, ал кейбір кристалдар құстар немесе кесірткелер сияқты белгілі бір топтармен ғана шектеледі. Ал көздері бар омыртқасыздар, мысалы жәндіктер мен кальмарлар, кристаллиндерді өздері жасайды. Ғалымдар бұл кристаллиндердің барлығын біртіндеп ашуда. Белгілі болғандай, көптеген түрлі белоктар жинақталған және олардың барлығы жарықты иілу үшін жақсы болған.

2007 жылы Тревор Лэмб және оның Австралия ұлттық университетіндегі әріптестері осы және басқа да көптеген зерттеулерді синтездеп, омыртқалы көздің эволюциясы туралы толық гипотеза жасады. Омыртқалы жануарлардың ізашары олардың миында с-опсиндерді тасымалдайтын фоторецепторлармен толтырылған жарыққа сезімтал көз дақтар жасады. Бұл жарыққа сезімтал аймақтар бастың екі жағына шаршап, кейінірек шыныаяқ жасау үшін ішке бүктеледі. Алғашқы омыртқалы жануарлар тек жарықты анықтап қана қоймайды: олар жарықтың қайдан келгенін біле алады. Балықтардың ата-бабалары омыртқалылардың көз эволюциясының осы кезеңінде тармақталған және бүгінгі күні олардың көздері біздің ертедегі ата-бабаларымыздың көздерінің қандай болатыны туралы кейбір кеңестер береді.

Хагфиш басқа омыртқалылардан бөлініп шыққаннан кейін, Ламб пен оның әріптестері таласады, көздің бетінде ұлпаның жұқа бөлігі пайда болды. Жарық патч арқылы өтуі мүмкін және оған кристаллиндер тартылып, линзаның эволюциясына әкелді. Бастапқыда линза тек жарықты дөрекі түрде шоғырландырса керек. Бірақ тіпті дөрекі суреттің өзі жоқтан жақсы болды. Жыртқыш өзінің олжасының анық емес сызбасын ұстанып, ал оның олжасы шабуылдаушыларының бұлдыр көзінен қашып кетуі мүмкін. Линзаның фокустау қабілетін жақсартатын мутациялар табиғи сұрыптаудың арқасында пайда болды, бұл айқын суретті шығара алатын сфералық көздің эволюциясына әкелді.

Омыртқалы көздің эволюциясы мұнымен тоқтап қалған жоқ. Кейбіреулер ультракүлгін сәуледе көру қабілетін дамытты. Балықтардың кейбір түрлері қос линзаларды дамытып, су бетінің астын және астын бір уақытта көруге мүмкіндік берді. Омыртқалылар түнде және шөлдің қатты жарығында көруге бейімделген. Саламандралар үңгірлерге еніп, соңында тері жамылған кішкентай көздің іздерімен аяқталды. Бірақ бұл омыртқалы көздердің барлығы жарты миллиард жыл бұрын құрылған негізгі тақырыптағы өзгерістер болды.

Карл Циммер - Йель университетінің оқытушысы, онда ол ғылым мен қоршаған орта туралы жазудан сабақ береді. Ол сонымен қатар Нью -Йорк университетінің Артур Л.Картер атындағы журналистика институтының Ғылым, денсаулық және қоршаған орта туралы есеп беру бағдарламасының бірінші келуші стипендиаты.

Циммердің жұмысы екеуінде де антологияға енген Үздік американдық ғылыми жазба сериясы және Ең жақсы американдық ғылым және табиғат жазбасы серия. Ол көптеген стипендиаттарға, марапаттарға және марапаттарға ие болды, соның ішінде 2007 жылы «Эволюция мен күтпеген биологияны әр түрлі және дәйекті түрде қызықты түрде жариялағаны үшін» Ғылыми байланыс академиясының Ұлттық сыйлығы.

Оның кітаптарына төмендегілер кіреді Жан тәні, ми тарихы Эволюция: идеяның салтанат құруы Судың жағасында, өмір тарихындағы негізгі ауысулар туралы кітап Адамның шығу тегі туралы Смитсондық интимдік нұсқаулық және Рекс паразиті, бұл Los Angeles Times «Әлемге көзқарасымызды өзгертуге қабілетті кітап» деп сипатталған.

Оның жаңа кітабы, Шатастырылған банк: эволюцияға кіріспе, басылымның 150 жылдығына орай осы күзде шығады Түрлердің шығу тегі.


Кіріспе

Дарвин көздің дамуын табиғи іріктеу арқылы эволюция теориясы үшін маңызды қиындық деп санайтыны жиі айтылады. Ол жазады Түрлердің шығу тегі:

Көзді өзінің барлық қайталанбас айлаларымен делік. табиғи сұрыпталу арқылы пайда болуы мүмкін еді, мен мойындаймын, мүмкін емес дәрежеде абсурд. 1

Бірақ көпшіліктің назардан тыс қалғаны - оның бұл сұраққа берген жауабы, әрі қарай бірнеше сөйлем:

Себеп маған айтады, егер қарапайым және жетілмеген көзден бір күрделі және мінсізге дейінгі көптеген градациялар бар екенін көрсетуге болады. және егер мұндай вариация кез келген жануарға пайдалы болса. онда мінсіз және күрделі көздің табиғи сұрыпталу арқылы пайда болуы мүмкін екеніне сену қиындығын теорияны бұзатын деп санауға болмайды..

Жүйке жарыққа қалай сезімтал болады, бізге өмірдің қалай пайда болғанынан гөрі маңызды емес. ең төменгі организмдердің бірі ретінде. жарыққа сезімтал екені белгілі, бірақ кейбір элементтер мүмкін емес сияқты. жинақталып, осы ерекше сезімталдыққа ие нервтерге айналуы керек.

1871 жылы Дж.Д.Хукерге жазған хатында Дарвин былай дейді:

Бірақ егер (және! Егер бұл қандай үлкен!) Біз аммиактың барлық түрлерімен жылы тоғанға түсе аламыз. тұздар, жарық, жылу, электр. қазіргі, бұл ақуыз [sic]. Химиялық түрде күрделі өзгерістерге дайын болды. 2

және, мүмкін, біз көрудің эволюциясын қарастыратын болсақ, жылы тоған бастау үшін орынды орын болар еді. Қызық, бала кезіңізде тоғанға шомылғаныңыз есіңізде ме? Менің есімде, біз тек макроскопиялық тіршілік формаларын қарастырдық - су қайықтары, тоған конькишілері және т.б. Бірақ егер біз кездейсоқ микроскоппен қараған болсақ, онда екі организмді табар едік. Евглена (1а-сурет) және Хламидомоналар (1б -сурет).

Жоғарғы сол Chlamydomonas rheinhartii. Жоғарғы оң жақ Euglea gracilis. Төменгі Hydra vulgaris.

Евглена және Хламидомоналар

Бұл біржасушалы протисттердің екеуінде де қызғылт сары түске боялған айқын нүкте бар. Euglena gracilis Ол фотосинтездейтін автотроф түрінде болады, бірақ жарықтың аз қарқындылығында ол өсімдік материалын жұтатын гетеротроф ретінде өмір сүре алады. Не өсімдік, не жануар емес, ол протист ретінде үшінші патшалықты алады. Chlamydomonas rheinhartii өсімдіктер әлеміндегі жасыл балдырлар ретінде анықталуы мүмкін. Фототаксис энергияға және тамақтануға тәуелді жарыққа қарай жылжитын екі организм үшін де өте қажет, сонымен қатар шамадан тыс жарық көзінен қорғану үшін теріс фототаксистен өтеді. Көздің дақтары фоторецептордың өзі емес, бір бағыттағы жарықтан фоторецепторға көлеңке түсіретін каротиноидтық пигмент массасы. Бұл кез келген визуалды жүйенің маңызды құрамдас бөліктерін көрсетеді, кез келген фотосезімтал ағзаға жарықты анықтайтын фоторецептор қажет. Бірақ бұл организмге жарық көзінің бағытын анықтауға мүмкіндік бермейді. Пигментті дақ бір бағыттағы жарықты азайтады немесе фоторецепторға түсетін түскен жарықтың толқын ұзындығын өзгертеді, осылайша ағзаның жарық бағытына немесе оған қарай алыстауына мүмкіндік береді. Үшіншіден, қозғалысты ынталандыру механизмі маңызды. Жарықты анықтау - бұл бір нәрсе, бірақ оған қарай немесе одан алыстау үшін флагеллердің қозғалтқыш жүйесі қажет Хламидомоналар және Евглена. Сонымен қатар, жарықты анықтау флагелярлық қозғалыстың өзгеруіне, әдетте, бір түрдегі ион ағынына айналуы мүмкін механизм қажет.

In Евглена фоторецептор, кристалды ақуыздың тығыз оралған массасы, көздің жанында орналасқан (2а -сурет). Фоторецепторда родопсин тәрізді ақуыздың шамамен 2 × 10 7 молекуласы бар деп есептелді. 3 Бұл кристалға әсер ететін шамамен 10 8 фотон ақуызды 500-525 нм максималды сіңірумен қанықтырады. 4, 5 Фотостимуляция ион ағынымен оң фототаксиске әкеледі, бұл электроретинограмма сияқты таңқаларлықтай көрінеді (2б -сурет).

Фоторецептор Euglena gracilis, сол жақта: Николс пен Рикменспоэлден кейінгі фотоэффектіні өлшеу (1977) оң жақта: Барсантиден кейін пайда болған флагелланың жанында орналасқан фоторецепторлы родопсин кристалы т.б (2012).

In Хламидомоналар (1б-сурет) көзге арналған дақ аппараты каротиноидтарға бай глобулалар қабаттары бар тилакоидты мембраналардан және осы шарлар арасындағы мембраналардағы фоторецепторлы молекулалардан тұрады (3а-сурет). Хламидомоналар флавинмен байланысты көк-сезімтал хромофоры бар, 6 толқын ұзындығы 440 нм көк жарыққа өте сезімтал, оның циркадтық сағатымен тығыз байланысты. Балдырлардың бұл түрі негізінен өсімдік болғанымен, хромофордың генетикалық талдауы бұрын жануарлардың CRY2 хромофоры болып саналғанын көрсетеді. 7 Шынында да CRY1 және CRY2 адамның торлы қабығындағы жарыққа сезімтал ганглиондық жасушаларда анықталды, ол қарашықтардың жарық реактивтілігіне және фотоциклдердің орнатылуына жауап береді. 8

Фоторезондар Chamydomnas reinherdtii. Фоторецептикалық ақуыздар тиракоидты мембраналардың (стрелкалар) арасында орналасады, олардың арасында каротиноидты-түйіршікті түйіршіктер (жұлдызшалар) болады. Фотоэлектрлік разряд жеңіл импульстен кейін байқалады және бұл балдырлардың табиғи спиральды қозғалысына сәйкес болғанда максималды болады.

Бұл екі организмді бір жағынан сүтқоректілердің таяқшасы мен конусының фоторецепторларының родопсинге негізделген фотодетекциялық жүйелерінің және басқа жақында жарыққа сезімтал көгілдір толқын ұзындығын анықтау жүйелерінің ізашарлары ретінде көру қандай жақсы болар еді. ганглион жасушалары. Өкінішке орай, эволюция ешқашан оңай болмайды. Бастапқыда бұл организмдердің әрқайсысында бірнеше жарық анықтайтын молекулалар бар. Евглена родопсин фотопигменті арқылы жарыққа қарай бағдарланады, сонымен бірге көк жарық рецепторы бар. 9 Ағзаның жарықтан алшақ орналасқан фото-бағыты көгілдір жарықпен белсендірілген аденилил циклаза (ПАК) өндіретін циклді АМФ деңгейінің жоғарылауы арқылы модуляцияланады. 10, 11 Сол сияқты, теріс фототаксис Хламидомоналароны ПАК модуляциялайды, фото тартылыс Синешчеков ашқан екі сезімтал родопсин CSRA мен CSRB әсерінен жүреді. т.б 2002 жылы 12 каналродопсиндер деп те аталды, Нагель тобы бойынша ChR1 және ChR2, 13 және Сусуки Акоп1 деп атады. т.б. 14 Екі фоторецепторлық протеиннің абсорбция профильдері әртүрлі, олар КСРА -ды негізінен көк -жасыл толқын ұзындығында сіңіреді және күшті жарықтандыруға жауап ретінде фотофобты реакцияны ынталандырады, ал КСРБ қысқа толқын ұзындығында сіңеді және әлсіз жарық интенсивтілігінде фототаксиске әкеледі. 15 Әрбір жасушада шамамен 9 × 10 4 CSRA молекуласы және 1,5 × 10 4 CSRB молекуласы бар. 16 ChR2 фотоактивтендірілген катион арнасы болып табылады, бірақ сонымен қатар жарықпен басқарылатын протонды сорғы ретінде әрекет етеді. Бұл қосарланған әрекет біршама бұрыс болып көрінгенімен, бұл бірегей емес - хлоридті басқа арналар протондық сорғылар ретінде әрекет етеді, олардың шығу тегі Cl - /H + алмастырғыш ретінде көрінеді. Бірақ ХР басқа иондық арналармен емес, родопсиндермен гомологияны көрсетеді. Шынында да, бұл фотоактивті иондық арналар эволюциялық тіршілік етуін бастамады Евгеноидтер және Хламидомонадалар жоғарыда талқыладық. Мұндай эукариоттар 800-1200 миллион жыл бұрын пайда болған шығар, бірақ 17 прокариоттар шамамен 1500 миллион жыл бұрын қазба табылған. 18 Lynn Margulis presented the theory by which eukaryotes form through endophagy of prokaryote algae to produce chloroplasts and bacteria to yield mitochondria, both examples of endosymbiosis. 19 So we should look for the origin of these eukaryote photopigments in prokaryote bacteria. 20

Photopigment origins

The photoresponsive prokaryotes to investigate are both those that are photosynthetic such as Синехоцист and those like Галобактерия that are not. Галобактерия species 21, 22 have four photosensory proteins Bacteriorhodopsin (BR) a proton pump, Halorhodopsin (HR), a light-gated chloride pump, and two sensory rhodopsins. All of these act as photoreceptors, but BR, existing in much higher copy number than the other proteins, can act on its own as shown by producing blind mutants and recovering photosensitivity by reconstituting BR alone. 23 BR is a purple molecule, with an absorption maximum in green wavelengths, hyperpolarising the cell membrane at around 570 nm, whereas HR absorbs at green–yellow wavelengths, depolarising the membrane. The BR gene has limited sequence homology with other photoreceptive rhodopsins such as those in mammalian rod photoreceptors, 20 but does have the structural similarities of the seven transmembrane domains 24 and a protonated Lys-216 Schiff base where the prosthetic group of retinal binds. The big difference is what while eukaryote rhodopsins are associated with a G protein, 25 prokaryote rhodopsins are not. It had been considered that eukaryote and prokaryote rhodopsins were a prime example of evolutionary convergence, 26 but structural homologies have shown that these apparently quite different amino-acid sequences are indeed formed through classic evolutionary divergence from a common ancestor. 27, 28

A completely different prokaryote class are cyanobacteria. They have number of photoreceptor molecules 29 from phytochromes like RcaE (the regulator of chromatic adaptation) in Fremyelia, to Cph 1 a light-regulated biliprotein kinase absorbing in the far red. Blue-light photosensors with a conserved flavin-bound BLUF (blue light using FAD) domain illustrate the diversity of wavelengths absorbed by these photochromes. We like to think that as humans we have a highly developed sense of colour vision, but even these cyanobacteria are able to detect light of different wavelengths. 30, 31 Why should these primitive organisms need such a complex system of chromatic detection? Cyanobacteria live in water columns, which at the surface are illuminated by light of a wide variety of wavelengths but where at depth blue light predominates. Thus cyanobacteria migrating up and down a water column experience a far greater range of background colour compared with their land-based plant relatives and differential sensitivity to a variety of wavelengths has evolved.

The problem here is that even as far back as the prokaryotes the complex seven transmembrane domain arrangement of opsin molecules seems to prevail without simpler photoreceptors existing concurrently. Darwin’s original puzzle over ocular evolution seems still to be with us but now at a molecular level. Having said that investigation of opsin diversity sheds considerable light on the evolution of life once we get beyond the protist stage. As Eakin suggested over 50 years ago, 32 there are two evolutionary lines of photoreceptors, those involving animals with photosensitive cilia and those with rhabdomeres. The latter are the Protostomia including the arthropods, whereas the former are the Deuterostomes that include the vertebrates. They have different opsins (R and C) and different mechanisms of converting light signals to nerve impulses C opsins functioning through a cyclic nucleotide pathway, whereas R opsins use phospholipase C for signal transduction. Two unusual organisms, Amphioxus және Platyneris have eyes using ciliary opsins and others with rhabdomeric opsins, putting them in an interesting transitional position between the arthropod rhabdomeric photoreceptors and the vertebrates ciliary photoreceptors. Amphioxus, the lancelet, found half buried in sand across the world is a protovertebrate, having a notochord but no true spine. It has rhabdomeric photoreceptors but also lateral eyes with ciliary photoreceptors. 33 The opsin in these cells is the Amphioxus homologue of melanopsin, coupled with Gq as are invertebrate rhodopsins. 34 Platyneris is a polychaete worm found living in marine kelp beds. Although clearly an invertebrate with eyes using rhabdomeric opsin, it also has structures within the brain with a ciliary photoreceptor and veterbrate-type opsin, 35 specifically melanopsin, central to mammalian light-sensitive retinal ganglion cell function. 36 Although these provide remarkable examples of the potential transition between provision of the two types of photoreceptor, how are we to look further back to the very beginning of opsin evolution?

Perhaps we can go back to our pond and look for a more common creature, ironically one with no ocular structures at all, Гидра (Figure 1c). 37 And yet it has been known for decades that this relative of jellyfish clearly responds to light, particularly at blue wavelengths. 38 Its harpoon-like cnidophores are released in response to light through opsins and a cyclic-gated nucleotide channel. 39, 40 Feuda sees these Cnidarians as a key to understanding the development of opsin-mediated vision. 41 Гидра not only has opsin genes but also ancestral paired homeobox domains Pax A and B 42 with the latter having a greater homology to Pax 6 the key master gene so well conserved through evolution from Дрозофила to mammals. 43 But such control of eye development is only really needed when we have more than one cell making up the visual system. And to develop an imaging forming system requires a multicellular visual organ where photodetection and pigment shielding are functions of different cells as beautifully described by Arndt. 44 Discussion of such ocular evolution could have filled a whole volume 45 and this review has only skimmed the surface. Readers are directed to Ivan Schwab’s magisterial volume ‘Evolution’s Witness: How Eyes Evolved’ for further information. 45


Why has the human eye evolved to become sensitive only to the visible light? - Биология

A frequently raised criticism of evolution in any evolution-creation debate is that of the human eye. The creationist will say something like, "How can something as marvelous as the human eye have come about by chance alone? Surely there must have been a divine creation." These types of statements show two things. First, the creationist doesn't understand how evolution's 'chance' works. (i.e., They have yet to grasp the concepts behind cumulative natural selection.) Second, they haven't bothered to really examine the human eye to look for characteristics such as design flaws. (Note that the quote from Ernst Mayr under the above "creationist will say" link has been taken completely out of context. Not only does Mayr's entire book provide evidence after evidence of "improved" random mutations, but the same paragraph as quoted also states that "the objectors to random mutations have so far been unable to advance any alternative explanation that was supported by substantial evidence." This page looks at the substantial evidence қарсы the 'intelligent' designer of creationism.)

As Frank Zindler (former professor of biology and geology) stated,

"As an organ developed via the opportunistic twists and turns of evolutionary processes, the human eye is explainable. As an organ designed and created by an infinitely wise deity, the human eye is inexcusable. For unlike the invertebrate eyes . the human eye is constructed upon the foundation of an almost incredible error: The retina has been put together backwards! Unlike the retinas of octopuses and squids, in which the light-gathering cells are aimed forward, toward the source of incoming light, the photoreceptor cells (the so called rods and cones) of the human retina are aimed backward , away from the light source. Worse yet, the nerve fibers which must carry signals from the retina to the brain must pass in front of the receptor cells, partially impeding the penetration of light to the receptors. Only a blasphemer would attribute such a situation to divine design!

Although the human eye would be a scandal if it were the result of divine deliberation, a plausible evolutionary explanation of its absurd construction can be obtained quite easily--even though we can make little use of paleontology (because eyes, like all soft tissues, rarely fossilize)."

"not all features of the human eye make functional sense. Some are arbitrary. To begin at the grossest level, is there a good functional reason for having two eyes? Why not one or three or some other number? Yes, there is a reason: two is better than one because they permit stereoscopic vision and the gathering of three-dimensional information about the environment. But three would be better still. We could have our stereoscopic view of what lies ahead plus another eye to warn us of what might be sneaking up behind. (I have more suggestions for improving human vision in chapter 7.) When we examine each eye from behind, we find that there are six tiny muscles that move it so that it can point in different directions. Why six? Properly spaced and coordinated, three would suffice, just as three is an adequate number of legs for a photographer's tripod. The paucity of eyes and excess of their muscles seem to have no functional explanation.

And some eye features are not merely arbitrary but clearly dysfunctional. The nerve fibers from the retinal rods and cones extend not inward toward the brain but outward toward the chamber of the eye and source of light. They have to gather into a bundle, the optic nerve, inside the eye, and exit via a hole in the retina. Even though the obstructing layer is microscopically thin, some light is lost from having to pass through the layer of nerve fibers and ganglia and especially the blood vessels that serve them. The eye is blind where the optic nerve exits through its hole. The loose application of the retina to the underlying sclera makes the eye vulnerable to the serious medical problem of detached retina. It would not be if the nerve fibers passed through the sclera and formed the optic nerve behind the eye. This functionally sensible arrangement is in fact what is found in the eye of a squid and other mollusks (as shown in the figure below), but our eyes, and those of all other vertebrates, have the functionally stupid upside-down orientation of the retina.

Paley did not really confront this problem. Little was known about mollusks' eyes at the time, and Paley merely treated the blind spots as one of the problems the eye must solve. He correctly noted that the medial position of the optic nerve exits avoids having both eyes blind to the same part of the visual field. Everything in the field is seen by at least one eye. It might also be claimed that the obstructing tissues of the retina are made as thin and transparent as possible, so as to minimize the shading of the light-sensitive layer. Unfortunately there is no way to make red blood cells transparent, and the blood vessels cast demonstrable shadows.

What might Paley's reaction have been to the claim, which I will elaborate in the next chapter, that mundane processes taking place throughout living nature can produce contrivances without contrivers, and that these processes produce not only functionally elegant features but also, as a kind of cumulative historical burden, the arbitrary and dysfunctional features of organisms?" (page 9-10)

"This is no doubt true of all the implements we use: cameras, cars, computers, and even the watch that Paley reasoned must have had an intelligent designer. How far is it possible to go with trial and error alone? All the way to the human eye and hand and immune system and all the other well-engineered machinery by which we, and all other organisms, solve the problems of life.

Darwin was challenged repeatedly on this matter. Critics would point to the precision and design features of the eye and claim that an organ of this perfection could not possibly have been produced by an accumulation of small changes, each of which made the eye work slightly better. A grossly imperfect eye, which could be improved by this process, would supposedly never evolve in the first place. Slight improvements in one part, such as the retina, would be useless without an exactly matching improvement in another, such as an increased precision of the lens. This is an utterly fallacious kind of reasoning. An improved retina may be useless without an improved lens, but both retinas and lenses are subject to individual variation. Some of the better retinas would be found in individuals who also had better lenses, so that the improvements, on average, could be favored.

The criticisms were also factually erroneous, and their proponents were ignorant of biology. As Darwin pointed out, familiarity with the animal kingdom shows the existence today of just about every stage in a plausible sequence from primitive light-sensitive cells on the surfaces of tiny wormlike animals, through the rudimentary camera eyes of scallops, to the advanced optical instrumentation of squids and vertebrates. Every stage in this sequence is subject to variation, and every stage is clearly useful to its possessor." (page 13-14)

Those interested in this subject should also see chapters four and five of Richard Dawkins' Climbing Mount Improbable , section 13.3 in Mark Ridley's Evolution , pages 110 to 114 in Cells, Embryos, and Evolution , the faulty deductive reasoning of Paley--especially as it relates to intelligent design inference for human eyes--from p. 140-3 of Science As a Way of Knowing: The Foundations of Modern Biology , Ted Gaten's research interests, the section entitled "Eyes and Evolution" on pages 161 - 165 of Songs, Roars, and Rituals, және Evolution of the Eye and Visual System by J. R. Cronly-Dillon and R. L. Gregory. On a related topic, see the inefficiencies created by natural selection (and lack of design) as illustrated on this page. Also see the November 2006 issue of National Geographic .

In summary, the eye not only lacks evidence of divine creation, it exemplifies the problems that natural evolution can create (along with the virtues) in organisms. Rather than being a chief argument for creationism, the human eye should be a topic that 'special creation' and/or 'intelligent design hypothesis' apologists avoid.


Human Vision: How Do We Recognize What We See?

Do we have to see a full or partial outline of the shape of an object to recognize it? No, and for those of us who are artistically “non-gifted,” the point is easy to make. While we cannot draw a DaVinci-like human form, we can still draw a stick figure of a human, and others immediately know what it is. If you can’t draw a bird flying in the sky—no problem—you can make a modified “m” at the top of the page, and people “see” a bird on the wing. This type of perception/recognition is called skeletal recognition, as opposed to the shape recognition examples used previously.

A recent study looked into skeletal recognition and wanted to determine how crucial it was to object recognition.2 The authors note that most human vision or visual recognition studies have used shape-based objects, spatial recognition, or similar/dissimilar comparisons in their experiments and all have been shown to be used by the human visual system to identify objects. But the authors wanted to know if skeletal recognition was necessary for humans to be able to recognize an object, and to take this a step further, if it allowed some unique advantages to human object recognition. So, the authors “tested the degree to which skeletal descriptions of shape make unique, and possibly privileged, contributions to human object recognition in comparison to several other models of shape and object perception.”3


Қорытынды

The evolution of eyes has taken several major steps in development. Some of the eye steps have been discussed above. We know from computer models, 12 and deductive reasoning, that eyes can evolve quickly. Eyes may have evolved as many as 40 times during metazoan development. Some basic eye molecules, such as retinal and the opsins, are highly conserved and present throughout most multicellular animals. Other proteins such as those that comprise the crystalline lenses, when they are present, are not as highly conserved because they were cobbled together later in species development after divergence from other species. Similarly there is a dazzling array of ocular designs for different niches and different visual environments.


Can momentum be hidden to human eyes like how kinetic energy can be hidden as heat?

Иә және жоқ. In a regular mechanical system with macroscopic parts, momentum can not be "hidden" to human eyes. But in other systems, momentum can be hidden. For instance, in an electromagnetic system, momentum can be transferred to the electromagnetic field, which is invisible to human eyes at most frequencies. Therefore, momentum can be "hidden" in the electromagnetic field. Let us explore this topic more in depth.

Every isolated system obeys the law of conservation of energy which states that if no energy is externally extracted or inserted into the system, its total energy will remain constant in time. For example, consider two hockey pucks sliding towards each other on ice. If you sum the kinetic (motional) energy of both pucks before they collide, you will find that it equals the sum of both energies after they collide. We can in fact use the conservation of energy along with some other information to predict what will happen in a simple collision like this.

But now suppose we fire the two pucks directly at each other at the same speed and cover their sides with perfect glue. Не болады? Of course, when the pucks make contact, they stick together and both end up with zero speed, and therefore zero kinetic energy. This means that the total kinetic energy of the two-puck system at the beginning was some big number, but the total kinetic energy at the end was zero (at least according to human eyes). Has the glue broken the law of conservation of energy? No. If you did a careful analysis of this event, and measured everything you could think of, you would find that the heat (thermal energy) in the two pucks increases after the collision by the exact same amount as the kinetic energy that seemed to disappear (neglecting the friction of the ice). The macroscopic kinetic energy has therefore been converted into heat. The law of conservation of energy still holds as long as we add heat as one of the things that contributes to the total energy. Such a collision is called an inelastic collision.

But what is heat? On the atomic level, we find that hotter substances have their atoms vibrating faster and moving around at higher speeds. Thermal energy is therefore just the kinetic energy of microscopic, randomly-moving particles. When the two pucks with glue stick together, their kinetic energy is not really converted to some mysterious thing called "heat". Their macroscopic, ordered kinetic energy (ordered in the sense that all the atoms in the puck are moving along with the puck as it zips across the ice) is simply converted to microscopic, random kinetic energy. The atoms at the surface of each puck smash together, get displaced, smash into other atoms, and so on, creating vibrations. Macroscopic, ordered kinetic energy is obvious to the human eye (we see the puck moving), but microscopic, random kinetic energy is invisible to the human eye (we cannot directly see the atoms jiggling). In this sense, an inelastic collision causes some of the kinetic energy to be "hidden" from human eyes in the form of heat. If we include only the forms of energy visible to the human eye, glue seems to defeat the law of conservation of energy. But if we include hidden kinetic energy (heat), the law still holds.

Now there is another law called the law of conservation of momentum. It states that the total momentum of an isolated system before an event must be equal to the total momentum of the system after the event. What is the difference between this law and the law of conservation of energy. The difference is that energy is just a number, while momentum has a direction. Conservation of momentum therefore tells us things like: two pucks initially traveling to the right that collide (say, because one is going faster and overtakes the other) must still be traveling to the right after the collision. The total momentum of both pucks is to the right in the beginning, so it must be to the right in the end. The law of conservation of energy cannot tell us this because it says nothing about directions. Or similarly, if one puck traveling east approaches another puck traveling north, the total momentum is in the north-east direction. Conservation of momentum tells us that after the collision, the total momentum must still be in the north-east direction.

Since momentum obeys a conservation law just like energy, and since kinetic energy can be hidden from human eyes in the form of microscopic motion, it is natural to wonder whether momentum can also be hidden. Does the two-puck-glue system convert momentum to some hidden form upon collision, and therefore some momentum seems to get "lost" to human eyes? No. The reason the answer is no is because momentum is directional. The atoms do indeed jiggle faster after an inelastic collision, but the total momentum of atoms jiggling in place is always zero. Put simply, when the atomic motion is random, for every atom going left there is another atom going right, so that their directionality adds to zero. Since momentum describes the directionality of motion, the momentum for simple thermal motion is zero. In order for momentum to not be zero, the atoms have to all be traveling more or less in the same direction. But when all the atoms are traveling in the same direction, the macroscopic object itself is traveling somewhere, which is quite visible to the human eye. Because momentum is directional, it cannot be hidden from the human eye in the form of random atomic motion. Therefore, even if we cover the sides of the pucks with glue so that they stick, the total visible momentum before will equal the total visible momentum after. This makes sense because if the two pucks are flying at each other at the same speed from opposite directions (and have the same mass), their total momentum before is zero (east plus the same amount of west equals zero), so their total momentum after sticking together is zero (zero plus zero equals zero).

This idea extends beyond pucks colliding. Any macroscopic mechanical system cannot hide momentum. But, if the system has parts that are so small that they are invisible to the naked eye, and these parts can undergo ordered motion, momentum can be transferred and hidden in these parts. For instance, if a tennis ball is covered with dust grains that are so small you can't see them, when the tennis ball gets hit, the dust can fly off to one side and carry away some of the momentum. If we don't notice the dust, and don't include it in our calculations, we would find that some of the total momentum becomes hidden after the collision.

Richard Feynman states in his book, The Feynman Lectures on Physics, the following:

"Are there also hidden forms of momentum-perhaps heat momentum?" The answer is that it is very hard to hide momentum for the following reasons. The random motions of the atoms of a body furnish a measure of heat energy, if the шаршылар of the velocities are summed. This sum will be a positive result, having no directional character. The heat is there, whether or not the body moves as a whole, and conservation of energy in the form of heat is not very obvious. On the other hand, if one sums the velocities, which have direction, and finds a result that is not zero, that means that there is a drift of the entire body in some particular direction, and such a gross momentum is readily observed. Thus there is no random internal lost momentum, because the body has net momentum only when it moves as a whole. Therefore momentum, as a mechanical quantity, is difficult to hide. Nevertheless, momentum алады be hidden-in the electromagnetic field, for example.

Let us move beyond mechanical systems. Electromagnetic waves such as light or radio waves carry momentum. Since all electromagnetic waves are invisible to humans except the narrow range of colors from red to violet, momentum can be hidden in the electromagnetic field. In practice, the momentum carried by electromagnetic waves is so small that you have to use very sensitive instruments to measure it, but in principle it is always there. For instance, if you turn on a radar gun, radio waves come out the front of the gun, carrying momentum with them. Because of momentum conservation, the radar gun itself must therefore recoil in the opposite direction when it is turned on. This recoil is typically too small to notice. But for the sake of the argument, suppose we have a giant radar gun that emits a large amount of radio waves. Since radio waves are invisible to the human eye, all that we would see would be the gun jump backwards upon being turned on, clearly violating conservation of momentum (if we only include visible momentum). We would therefore conclude (and rightly so), that there must be momentum hidden somewhere. In this way, momentum can be "hidden" in the electromagnetic field. Although, it is really only hidden to human eyes. We can detect radio waves just fine with an antenna.


Бөлімнің қысқаша мазмұны

Vision is the only photo responsive sense. Visible light travels in waves and is a very small slice of the electromagnetic radiation spectrum. Light waves differ based on their frequency (wavelength = hue) and amplitude (intensity = brightness).

In the vertebrate retina, there are two types of light receptors (photoreceptors): cones and rods. Cones, which are the source of color vision, exist in three forms—L, M, and S—and they are differentially sensitive to different wavelengths. Cones are located in the retina, along with the dim-light, achromatic receptors (rods). Cones are found in the fovea, the central region of the retina, whereas rods are found in the peripheral regions of the retina.

Visual signals travel from the eye over the axons of retinal ganglion cells, which make up the optic nerves. Ganglion cells come in several versions. Some ganglion cell axons carry information on form, movement, depth, and brightness, while other axons carry information on color and fine detail. Visual information is sent to the superior colliculi in the midbrain, where coordination of eye movements and integration of auditory information takes place. Visual information is also sent to the suprachiasmatic nucleus (SCN) of the hypothalamus, which plays a role in the circadian cycle.


Бейнені қараңыз: Почему Казахстан в лидерах по суицидам? Часть1. Дети и подростки (Ақпан 2023).