科学家发现人类眼睛竟源自远古“独眼怪”

最新研究显示，瑞典隆德大学和英国苏塞克斯大学的团队提出，脊椎动物最早的祖先可能在近6亿年前曾经历类似“独眼巨人”的阶段。研究人员认为，这种动物中央位置的眼睛最终参与了今天脊椎动物成对眼睛的形成。更令人惊讶的是，这套古老视觉系统的一部分可能至今仍保存在现代脑中，即松果体，一个有助于调节睡眠的器官。\n\n隆德大学感觉生物学荣休教授丹-埃·尼尔松说：“这个结果令人惊讶。它把我们对眼睛和大脑演化的认识彻底翻转了。”\n\n微小的独眼祖先：研究人员描述的遥远祖先是一种小型动物，身体类似蠕虫。它几乎6亿年前生活在海洋中，一生中大部分时间停留在同一个地方，过滤周围海水中的浮游生物为食。在更早期演化史中，这种生物似乎曾拥有两只眼睛，或至少两组能感知光的细胞。成对眼睛在动物界很常见，因为能帮助移动的动物判断方向、距离和周围物体位置。尼尔松说：“我们不知道我们这一演化分支上的成对眼睛最初只是感光细胞，还是能简单成像的眼睛。我们只知道这种生物后来失去了它们。”由于这种动物过着非常安静、少活动的生活，它不再高度依赖成对视觉。经过许多代，眼睛因为用处不大而逐渐消失。\n\n不过，这只动物保留了头部中间的一团能感知光的细胞。这些细胞发育成原始中央眼，也叫正中眼。这个简单器官很可能不能形成清晰图像，而可能帮助动物分辨夜晚与白天、判断哪边是上方；这两项能力对海洋中生存都有用。\n\n成对眼睛如何重新出现：数百万年后，这种动物的后代重新开始活跃游泳。移动的生活方式重新产生对视觉的需求，尤其是发现食物、障碍物、捕食者和判断运动方向。研究者认为，原始中央眼的部分结构在演化中被重新利用。从这个中央视觉结构中，最终发育出能够成像的新成对眼睛。这种不寻常过程或许解释了为什么脊椎动物眼睛与其他许多动物眼睛构造如此不同。\n\n尼尔松说：“现在我们终于理解，为什么脊椎动物的眼睛与昆虫、乌贼等其他动物群体的眼睛如此不同。我们眼睛中的感光层，即视网膜，是由脑演化而来；而昆虫和乌贼的眼睛则起源于头部两侧的皮肤。”视网膜是覆盖在眼球后部的一层薄组织，包含能检测光并将其转为电信号的细胞；这些信号随后送到脑，被组合成我们看到的图像。在脊椎动物中，视网膜与脑联系紧密，因为它在演化中来自脑组织。相比之下，昆虫和乌贼的眼睛通过另一条演化路径形成，来自头表面组织。\n\n眼睛演化中的奇怪弯路：研究人员把脊椎动物眼睛描述为不寻常演化弯路的产物。祖先先因变得几乎不活动而失去成对眼睛，保留一个简单中央眼，之后又利用该结构的部分，建设出一套更新、更先进的视觉系统。这一结论建立在对各类动物感光细胞的广泛比较之上。团队检查了这些细胞出现在身体哪里、如何工作、如何与其他组织和神经连接。这些证据显示，脊椎动物眼睛可能按这一特定变化顺序出现，而不是与昆虫、乌贼和其他动物的眼睛来自相同结构。\n\n尼尔松补充：“我们第一次也理解到，分析视网膜图像的那些神经回路的起源。”神经回路是由彼此连接的神经细胞组成的网络，用来处理信息。在视网膜中，这些回路在视觉信号到达脑之前就开始整理信号，帮助识别亮度、对比、运动和形状等特征。\n\n古代眼睛仍留在脑内：这一理论中最令人惊讶的部分，可能是古代中央眼并没有完全消失。研究者认为，它在演化中的残余今天以松果体形式存在。松果体是位于脊椎动物脑深处的一个小器官。虽然人类不用松果体看图像，但它仍与身体对光和暗的反应有关。松果体产生褪黑素，这是一种帮助控制昼夜节律的激素。这个内部计时系统会影响身体在大约24小时周期中何时清醒、何时犯困。许多脊椎动物的松果体系统直接感光。在人类中，关于光的信息主要通过眼睛传到脑，使褪黑素分泌在夜间升高、白天下降。尼尔松总结：“松果体能根据光调节我们的睡眠，这种能力竟来自6亿年前遥远祖先的独眼中央眼，这让人难以置信。”