Synssansens udvikling

Et essay om lys og liv

Af professor, dr.phil. Bent Foltmann

Antievolutionister hævder ofte, at et øje er en så kompliceret struktur, at øjne umuligt kunne udvikles, dersom en bevidst eller guddommelig styring ikke var medvirkende. Når evolutionsbiologer alligevel uden tøven kan fastholde, at alle livets komplicerede strukturer er udviklet ved tilfældig variation og udvælgelse, hænger det bl.a. sammen med de umådeligt store tidsrum, som har været til rådighed for at afprøve mange muligheder i den biologiske evolution. De fleste af variationerne har været uanvendelige, og de pågældende organismer er gået til grunde. Men nogle få brugbare muligheder er blevet fastholdt, så de kunne danne basis for den videre udvikling; og i denne proces har der været rigeligt af organismer og af tid.

Jordens alder er omkring 4,5 milliarder år, og de første spor af liv på jorden er 3,5 til 3,8 milliarder

år gamle. Derefter fortsatte livet som encellede organismer i det meste af tre milliarder år; i den- ne lange periode udvikledes alle det nuværende livs grundlæggende strukturer og funktioner. Og for 700 millioner år siden begyndte det flercelle- de liv at udvikle sig. Til sammenligning kan det nævnes, at Himalayas kæmpemæssige bjergmassiv er foldet i løbet af »kun« 40 millioner år. Det perspektiv illustrerer, hvor ufattelig lang tid der er medgået i den biologiske evolution. For at afrunde billedet kan det bemærkes, at det anatomisk moderne menneske trådte ind på scenen for ca. 100.000 år siden.

For at anskueliggøre udviklingen i et tidsrum, der kan fattes, kan vi sammenligne jordens alder med et år. En måned kommer da til at svare til ca. 375 mio. år og en time til 500.000 år. I denne skala illustrerer figuren vigtige begivenheder i livets udvikling.

Hvordan lysets energi opfanges

Lysets elektromagnetiske bølger indeholder energi, og når et stof absorberer lysets energi, vil det i mange tilfælde betyde, at stoffet nedbry- des; for eksempel kender vi alle, at farver nedbrydes og bleges, når de udsættes for sollys. Men i den biologiske udvikling er der fremkom- met nogle få strukturer, som kan absorbere lysenergi og omsætte den bundne energi, så den indgår i organismernes livsbevarende funktioner.  
 
Planterne opfanger sollysets energi gennem et stof, som hedder klorofyl, og i princippet udnyttes de samme biokemiske reaktioner af alle grønne planter. Dyrene kan ikke udnytte sollysets energi i deres stofskifte, men medens planter er rodfæstede, bevæger dyrene sig gennem verden, og fra første færd har de haft brug for lys til at orientere sig. I synssansen opfanges lysets energi ved hjælp af et stof, der kaldes retinal (nethinden hedder retina på latin). Strukturen af retinal er beslægtet med A-vitamin, og et retinalmolekyle danner en forbindelse med et opsinprotein, samlet kaldes komplekset rhodopsin. Med et billede kan vi sige, at når retinal aktiveres af lys, virker det som en fjeder, der spændes, og når spændingen udløses, afgiver fjederen energi til andre molekyler. Derved indledes en lang kæde af ke- miske reaktioner, som til slut resulterer i, at signalet bliver afkodet som lys i dyrenes hjerner.  
 
 Lysfølsomme celler udvikles over 3 mia. år

På samme måde som klorofyl findes hos alle planter, indgår retinal i synssansen hos alle dyr. Det er vanskeligt at afgøre, hvornår retinal blev udviklet, så det kunne medvirke til at opfange og omsætte lysenergi, men hos lysfølsomme bakte- rier findes også retinal i et rhodopsinkompleks, der har store ligheder med dyrenes rhodopsin. Vi kan derfor gætte på, at komplekser af denne type blev udviklet i den lange periode, hvor livet kun var til stede som encellede organismer. Tilbage står så det store spørgsmål: Hvornår og hvordan blev de lysfølsomme komplekser organiseret som øjne?

Alle øjentyper har en fælles stamform

Når man ser på de mange variationer af forskelli- ge øjentyper, fra fluernes mosaikøjne til hvirvel- dyrenes linseøjne, er det vanskeligt umiddelbart at forestille sig, at de mange former skulle være udviklet fra en fælles stamform, men her har nye genetiske undersøgelser givet uventede resultater.  
 
Et gen er en del af arvemassen, som styrer en af organismens funktioner, og udviklingen af dyre- nes kropsplan er styret af en række overordnede kontrolgener, der kaldes Hoxgener. Det er gener, der virker som nøgler, der kan åbne eller lukke for andre geners funktioner, og det vigtige er nu, at alle Hoxgener, fra orme til pattedyr, har så stor lighed i deres struktur, at det kun kan forkla- res ved, at disse gener blev udviklet samtidig med udviklingen af de flercellede dyr for ca. 700 millioner år siden.  
 
Undersøgelse af disse gener har haft overraskende betydning for vor vurdering af øjnenes evolution. Tidligere har man troet, at øjnene hos insekter og pattedyr var dannet og udviklet uafhængigt af hinanden. Men nu har det vist sig, at dannelse af øjne hos bananfluer og pattedyr styres af den samme type af Hoxgener. Yderligere er de to gener så lig hinanden, at hvis man har en bananflue med et defekt Hox-gen for dannel- se af øjne, kan funktionen genoprettes, hvis man tilfører fluen det tilsvarende gen fra en mus; og det giver anledning til dannelsen af et rigtigt bananflueøje og ikke et museøje.  
 
 
Et hox-gen er nøglen til øjets udvikling

Vi kan nu forestille os, at udviklingen af et øje er begyndt med et primitivt flercellet dyr, som havde en samling af lysfølsomme celler (en øjengrube). Dannelsen og beliggenheden af øjengruben blev styret af et Hox-gen. Nu er det normalt forekommende i den biologiske evolution, at når der er udviklet én funktionel struktur, anvendes den samme struktur i den følgende udvikling. På den måde kom Hoxgenet til at virke som en fælles nøgle, der åbnede for de processer, som fører til dannelsen af et øje, hvad enten det senere skulle blive til et flueøje eller et øje hos hvirveldyr.  
 
Talrige andre iagttagelser viser, at den biologiske evolution er foregået ved hjælp af forholdsvis få grundlæggende moduler, som er omformet og til- passet de forskellige organismers livsbetingelser. For synssansen kan vi sammenfattende sige, at det grundlæggende modul er et rhodopsinmolekyle, der indeholder retinal, og denne struktur er universelt forekommende hos alle dyr. Udviklingen af de forskellige øjentyper er derefter styret af et gen, der også er fælles for alle øjne. Vi kan derfor med en høj grad af sikkerhed fastslå, at øjne er udviklet gennem variation og naturlig udvælgelse på samme måde som alle andre organer.  
 

Videre læsning: Bent Foltmann: Det ufattelige liv, Gyldendal 2000