Ник Лейн - Лестница жизни. Десять величайших изобретений эволюции

Предполагалось, что “черные курильщики”, как и нагретый металл, должны были испускать прежде всего красный свет, приближающийся к тепловой (инфракрасной) части спектра. Согласно теоретическим выкладкам, они совсем не должны были испускать лучи с меньшей длиной волны (желтой, зеленой и голубой частей спектра). Первые измерения, казалось бы, подтверждали этот вывод. Правда, они были сделаны грубым методом, с помощью цветных фильтров, надеваемых на объектив. Из этого следовало, что если безглазые креветки могут видеть свечение “черных курильщиков”, то их светочувствительные клетки должны быть “настроены” на красные или на близкие к инфракрасным лучи. Однако результаты первых исследований сетчатки креветок указывали на то, что это не так. Содержащийся в ней пигмент родопсин сильнее всего реагировал на зеленый свет с длиной волны около 500 нанометров. Можно было бы заподозрить, что полученные данные почему-либо искажены, но результаты весьма непростых опытов с регистрацией электрических сигналов, возникающих в сетчатке креветок, также указывали на то, что те могли видеть только зеленый свет. Это было странно. Если гидротермальные источники испускают красный свет, а креветки могут видеть только зеленый, значит, они все равно ничего не видят. Может быть, эта странная голая сетчатка представляет собой нефункциональные, вырожденные органы, вроде незрячих глаз пещерных рыб? Тот факт, что они находятся на спине, а не на голове креветок, заставлял предположить, что они не должны быть вырожденными глазами, но это было всего лишь предположение, а не доказательство.

Доказательство было получено, когда открыли личинок этих креветок. Мир гидротермальных источников не так долговечен, как кажется: отдельные поля таких источников часто перестают работать, забиваясь собственными выбросами, и срок их работы обычно не превышает продолжительности человеческой жизни. Тем временем на других участках дна океана начинают бить новые источники, часто за много миль от старых. Видам, связанным с подобными местообитаниями, жизненно необходимо уметь преодолевать разделяющие такие участки расстояния. Подвижности взрослых особей большинства из этих видов мешает их тесная связь со средой обитания (вспомним хотя бы гигантских рифтий, не имеющих ни рта, ни кишечника), но их личинки могут рассеиваться по океанам. Находят ли они новые поля источников случайно (расселяясь за счет океанических течений) или в результате активных поисков (например, отслеживая химические градиенты) - спорный вопрос. Но, так или иначе, личиночные формы подобных организмов совершенно не приспособлены к среде обитания взрослых форм. В основном они встречаются тоже на большой глубине, но гораздо ближе к поверхности, куда все же могут проникать тускнеющие лучи солнечного света. Иными словами, эти личинки живут в мире, где от глаз может быть польза.

Одним из первых видов, чьи личинки были открыты, стал краб Bythograea thermydron. Примечательно, что у взрослых особей этих крабов, как и у взрослых безглазых креветок, нет настоящих глаз, но имеется пара участков голой сетчатки. При этом у крабов, в отличие от креветок, такие участки расположены на голове - именно там, где обычно у животных находятся глаза. Однако самым поразительным открытием было то, что у личинок этого краба все-таки есть глаза, причем совершенно нормальные, по крайней мере для краба. Таким образом, там, где от глаз могла быть польза, у этих крабов имелись настоящие глаза.

Вскоре был описан целый ряд личинок других видов, связанных с гидротермальными источниками. Рядом с Rimicaris exoculata живет несколько других видов креветок, но их гораздо сложнее обнаружить, потому что они ведут одиночный образ жизни и не образуют таких же больших скоплений, как Rimicaris exoculata. У них тоже есть участки голой сетчатки, но не на спине, а на голове, а у их личинок, как и у личинок краба Bythograea thermydron, имеются совершенно нормальные глаза. Как ни странно, личинки Rimicaris exoculata были обнаружены в последнюю очередь - отчасти потому, что их очень легко спутать с личинками других креветок, а отчасти потому, что у них тоже есть нормальные глаза, расположенные на голове.

Открытие нормальных глаз у личинок креветок, лишенных таких глаз, говорило о многом. Это означало, что голая сетчатка представляет собой не продукт эволюционного упрощения глаз - результат постепенной их утраты, который еще может выполнять какие-то функции, подходящие для жизни в почти непроглядной темноте. У личинок имелись вполне нормальные глаза, исчезновение которых в ходе взросления явно не имело никакого отношения к необратимому постепенному вырождению из поколения в поколение, а было вызвано направленными эволюционными изменениями, каковы бы ни были плюсы и минусы этих изменений. Кроме того, это означало, что голая сетчатка не развилась в царстве вечной ночи из ничего, достигнув минимального качества работы, совершенно не сравнимого с качеством работы настоящего глаза. Напротив, по мере взросления личинок и их спуска на глубину, к гидротермальным источникам, их глаза упрощались и почти исчезали, а все их сложные оптические приспособления постепенно разрушались, пока не оставалась только голая сетчатка. В случае R. exoculata глаза при этом исчезали совсем, а голая сетчатка, судя по всему, развивалась на пустом месте - на спине. В итоге получалось, что для целого ряда животных, связанных с гидротермальными источниками, от голой сетчатки больше пользы, чем от полноценных глаз: это был не единичный случай, не какая-то случайность. Но почему?

Ценность голой сетчатки связана с соотношением разрешения и чувствительности. Разрешением называется способность видеть (различать) детали изображения. Увеличивать разрешение позволяют такие структуры, как хрусталик и роговица, помогающие фокусировать свет на сетчатке, проецируя на него изображение. Чувствительность же - это находящаяся в обратной зависимости от разрешения способность регистрировать фотоны. Когда в глаза попадает мало света, их чувствительность низкая. Человеческие глаза позволяют повышать нашу чувствительность к свету за счет расширения диафрагмы (зрачка) и перехода от использования менее светочувствительных клеток (колбочек) к использованию более светочувствительных (палочек). Но возможности подобных мер ограничены, и имеющиеся в наших глазах приспособления, необходимые для получения изображений хоть с каким-то разрешением, в конечном счете накладывают ограничения на нашу чувствительность к свету. Единственный возможный способ преодолеть эти ограничения предполагает отказ от хрусталика и предельное расширение диафрагмы, что существенно увеличит угол, под которым в глаз может попадать свет. Предельное расширение диафрагмы означает, что она должна совсем исчезнуть, оставив голую сетчатку. Принимая все это во внимание, можно провести расчеты, которые показывают, что голая сетчатка взрослых креветок, живущих у “черных курильщиков”, должна быть по меньшей мере в семь миллионов раз чувствительнее, чем полностью сформированные глаза их собственных личинок.