Silmapunkt (ocellus) bioloogias — definitsioon, funktsioon ja evolutsioon

Silmapunkt (ocellus) bioloogias: lihtne valgustundlik organ — definitsioon, toimemehhanism, roll käitumises ja evolutsiooniline areng Kambriumi plahvatuse taustal.

Silmapunkt on bioloogias lihtne organ, mida kasutatakse valguse tuvastamiseks. Seda võib nimetada ka ocelluseks või pigmendiauguks. Need on üsna tavalised väikestel lihtsatel selgrootutel, näiteks Planaria. Neil ei ole läätse ega mingeid fookustamisvahendeid. Seetõttu suudavad nad tajuda valgust pimedast, kuid ei anna loomale visuaalset stseeni, nagu meie silmad seda teevad.

Paljudel lihtsatel loomadel tajub silmapunkt valgust pigmentmolekuli, mida nimetatakse opsiiniks. Seejärel läheb silmapunktist närvikiud lihtnärvisüsteemi. See võimaldab loomal liikuda, kui (näiteks) vari liigub tema kohal.

Silmaussid esinevad ka ainuraksetel protistidel nagu Euglena ja Chlamydomonas, kus see on seotud lipulaevaga. See võimaldab valguspunktist saadava teabe abil mõjutada rakkude liikumist.

Esimesed seni leitud silmade fossiilid pärinevad varasest kambriumi ajast (umbes 540 miljonit aastat tagasi). Sel perioodil toimus ilmselgelt kiire evolutsioonipuhang, mida nimetatakse "Kambriumi plahvatuseks". Üks idee on, et silmade evolutsioon käivitas relvade võidujooksu, mis tõi kaasa kiire evolutsiooni kiiruse. Palju varem kasutasid organismid valgustundlikkuseks valguslaike, kuid neil puudus kiireks navigeerimiseks nägemispaik.

Mis on silmapunkt (ocellus) täpsemalt?

Silmapunkt on tavaliselt lihtne rühmitus valgustundlikest rakkudest ja neid ümbritsevast pigmentkoest. See ei moodusta pilti ega teravusta valgust — selle peamine ülesanne on eristada valgust ja pimedust ning anda suunainfot. Struktuuriliselt võib silmapunkt olla:

• lihtne pigmenttäpp (flatspot),
• pigmentkaarjase kujuga "kausike" (pigment cup), mis annab parema suunatundlikkuse,
• õgise struktuuriga (pit eye), mis suurendab suunatundlikkust,
• ja mõnel liigil olemasolevast lihtsast ocellusest arenenud veidi keerukam struktuur, mis võib sisaldada peegeldavaid või kergelt korrektiivseid elemente — kuid tavaliselt ei ole kujunenud täisväärtuslikuks läätseks.

Funktsioonid ja näited

• Fototaksis — liikumine valguse suunas või sellest eemale (näiteks planktoniliste organismide või larvide suunamuutused).
• Varju ja liikumise tuvastamine — võimaldab reageerida rünnakule või varju tekkimisele (kiire põgenemine või peitumine).
• Orientatsioon ja horisondi tajumine — eriti lennuvõimeliste putukate keskmes asuvad lihtsilmad (ocelli) aitavad hoida tasakaalu ja hinnata valguse intensiivsuse muutusi.
• Kõrvalfunktsioonid — rütmide (nt ööpäevarütmi) sünkroniseerimine, larvaalne elupaiga valik, sügavuse või siirete hindamine.

Rakuline ja molekulaarne alus

Silmapunktide fototransduktsioon põhineb sageli opsiinidel ja neile seotud valgumolekulidel, mis muundavad valguse signaaliks. See signaal edastatakse sageli lihtsate närvikiudude kaudu kesknärvisüsteemile või kohalikule närvivõrgule, mille tulemusena tekib käitumuslik reaktsioon (liikumine, pöördumine vms). Lisaks opsiinidele osalevad valguse töötlemises sageli teised fototransduktiivse ahela komponendid ja signaalimolekulid.

Evolutsiooniline taust

Silmade areng on näide nii evolutsioonilisest konvergentsist kui ka modulaarsetest arengumustritest. Lihtsatest valgusest tundvatest rakkudest võis aja jooksul areneda järjest keerukamaid struktuure — pigmenttäppidest pigmendikausikesteni ja sealt edasi kuni läätsadega piltloovate silmadeni. Mitmed faktid on olulised:

• Silmade põhikomponendid (nt opsiinid, teatud arengugeenid) on evolutsiooniliselt vanad ja levinud paljudes rühmates.
• Silmade teke on toimunud sõltumatult mitu korda eraldi organismiridades — see seletab suurte erinevuste olemasolu struktuurides ja mehhanismides.
• Kambriumi ajastu (umbes 540–520 miljonit aastat tagasi) fossiilid näitavad juba mitmekesiseid ja mõnel juhul keerukaid visuaalseid struktuure, mis on seotud tol ajal toimunud Kambriumi plahvatusega ning võimalikuga vastasseisuga ehk relvade võidujooksuga ründajate ja saakloomade vahel.

Kus silmapunkte leidub?

Silmapunkte esineb laialdaselt: protistidel (näiteks Euglena, Chlamydomonas), mitmerakulistel selgrootutel nagu Planaria, meduusidel, mitmetel ämarikutel ja paljudel järjest keerukamatel loomadel larvaalses staadiumis. Mõnel putukal on lisaks kompaundsilmadele ka üksikud lihtsilmad (ocelli), mis aitavad valguse intensiivsust ja horisonti tajuda.

Kokkuvõte

Silmapunkt ehk ocellus on fundamentaalselt lihtne valgustundlik organ, mille põhiülesanne on eristada valgust ja pimedust ning anda suunainfot. Kuigi see ei tekita pildikujutist nagu keerukad läätsedega silmad, on ta paljude organismide käitumise ja ellujäämise seisukohast äärmiselt oluline — phototaksise, kaitse- ja orientatsioonikäitumise juhtimiseks. Evolutsiooniliselt on silmade teke kompleksne protsess, mis on hõlmanud nii molekulaarsete komponentide ümberkorraldamist kui ka mitmekordset sõltumatut arengut eri organismiridades.

Küsimused ja vastused

K: Mis on silmapunkt?

K: Millised on veel mõned silmapunktide nimetused?

K: Mille poolest erinevad silmapunktid meie silmadest?

K: Kuidas reageerivad silmapunktidega loomad valgusele?

K: Millal ilmusid silmad esimest korda fossiilides?

K: Mis on "Kambriumi plahvatus"?

K: Milline on üks teooria selle kohta, kuidas silmade evolutsioon võis seda kiiret arengut mõjutada?

Otsing