Nowa baza danych obrazów może pomóc wyjaśnić ewolucję ludzkiego oka

Ludzkie oko to niesamowita maszyna. Potrafi rozróżnić około dziesięciu milionów kolorów dzięki niezwykłym światłoczułym pręcikom i czopkom, które wypełniają tył oka.

Komórki te zgrabnie dzielą proces widzenia. Pręty, około 90 milionów, mają szczytową czułość na czerwonawe światło i działają najlepiej w słabym świetle, zapewniając nasze widzenie w nocy.

Z drugiej strony szyszki, około 5 milionów, występują w trzech rodzajach. Są one wrażliwe na fale długie (tj. czerwone), fale średnie (zielone) i fale krótkie (niebieskie), które zapewniają widzenie kolorów. Oznaczono je odpowiednio stożkami L, M i S.

Ale oto zagadka: szyszki S są rzadkie i stanowią mniej niż 10 procent całości. Stożki L i M są znacznie bardziej powszechne, ale ich stosunek może się znacznie różnić. Osoby z normalnym widzeniem kolorów mogą mieć stosunek L:M od 1:4 do 15:1.

(Inne naczelne mają różne proporcje, chociaż proporcje u małp nowego świata są podobne do naszych).

Pytanie, które pozostawia biologów drapiących się po głowach, brzmi: dlaczego.

Jednym z pomysłów jest to, że takie rozmieszczenie typów komórek czopków jest wynikiem adaptacji do środowiska, w którym ewoluowało ludzkie oko.

Jeśli więc zdołamy ustalić, jakie było to środowisko, moglibyśmy zapanować nad siłami, które ukształtowały nasz układ wzrokowy.

Dzisiaj Gasper Tkacik z University of Pennsylvania w Filadelfii i kilku kumpli ujawnia interesujące podejście do rozwiązania tego problemu. Ich ideą jest znalezienie miejsca podobnego do tego, w którym ewoluowali ludzie i zmierzenie panujących tam warunków oświetleniowych.

A porównując wystarczająco dużą próbkę z pomiarami z innych źródeł, powinno być możliwe ustalenie, jak i dlaczego ewoluowało ludzkie oko z jego dziwnymi proporcjami typów komórek czopków.

Więc gdzie szukać. Konsensus jest taki, że ludzie odeszli od innych hominidów około 3 miliony lat temu w Afryce. Jednym z miejsc uważanych za reprezentatywne dla istniejących wówczas warunków jest Delta Okavango w Botswanie, gdzie rzeka Okavanga wpada do bagna na skraju pustyni Kalahari, tworząc największą na świecie deltę rzeki śródlądowej. (Większość wody wyparowuje.)

Jeśli ludzie ewoluowali w takich warunkach, możliwe, że tamtejsze warunki oświetleniowe mogą dać nam wskazówkę na temat tajemnic, takich jak stosunek komórek stożkowych.

Więc Tkacik i kumple pojechali do Botswany i wzięli 5000 sześciomegapikselowych zdjęć obszaru za pomocą lustrzanki cyfrowej Nikon D70. następnie starannie je skalibrowali, aby dokładnie uchwycić statystyki światła docierającego do czujników kamery i umieścić je w sieci.

Dziś opisują różne sposoby, w jakie zbudowali tę bazę danych i ogłaszają, że jest ona publicznie dostępna na licencji Creative Commons do badań nad wizją komputerową, psychofizyką percepcji i neuronauką wizualną. Powyższy obrazek jest jednym z przykładów.

Chodzi o to, że porównanie statystyk związanych z tymi obrazami z tymi z innych obszarów da pewien wgląd w ewolucję układu wzrokowego.

Oczywiście istnieje inna możliwość. Że osobliwe cechy ludzkiego oka są wynikiem znacznie bardziej dramatycznego incydentu, takiego jak wybuch superwulkanu Toba 70 000 lat temu, który mógł zmniejszyć globalną populację ludzi do mniej niż 15 000. Uważa się, że inne wąskie gardła w innych okresach zmniejszyły liczbę ludzi do mniej niż 2000.

Być może ludzki układ wzrokowy jest zoptymalizowany, aby przetrwać podczas jednej z tych katastrof. Znalezienie tych warunków oświetleniowych na dzisiejszej Ziemi może być znacznie trudniejsze.

Bez względu na przyczynę, zdjęcia z Botswany stanowią interesujący pierwszy krok w odkrywaniu na nowo warunków, w jakich ewoluowaliśmy, i wyjaśnianiu, dlaczego jesteśmy tym, kim jesteśmy.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1102.0817 : Naturalne obrazy z miejsca narodzin ludzkiego oka

ukryć