Augenevolution
Die Evolution des Auges ist ein Beispiel für ein homologes Organ, das in einer Vielzahl von Taxa vorkommt.
Bestimmte Bestandteile des Auges, wie z.B. die visuellen Pigmente, scheinen eine gemeinsame Abstammung zu haben - d.h. sie entwickelten sich einmal, bevor die Tiere ausstrahlten.
Komplexe, bilderzeugende Augen entwickelten sich jedoch etwa 50 bis 100 Mal - unter Verwendung vieler der gleichen Proteine und genetischen Werkzeugsätze in ihrer Konstruktion.
Komplexe Augen scheinen sich erstmals innerhalb weniger Millionen Jahre entwickelt zu haben, und zwar in dem raschen Ausbruch der Evolution, der als Kambrische Explosion bekannt ist. Es gibt keine Beweise für Augen vor dem Kambrium, aber im mittelkambrianischen Burgess-Schiefer ist eine große Vielfalt an Diversität zu erkennen.
Die Augen zeigen ein breites Spektrum von Anpassungen an die Bedürfnisse der Organismen, die sie tragen. Die Augen können sich in ihrer Sehschärfe, im Bereich der Wellenlängen, die sie wahrnehmen können, in ihrer Empfindlichkeit bei schwachem Licht, in ihrer Fähigkeit, Bewegungen zu erkennen oder Objekte aufzulösen, und in ihrer Fähigkeit, Farben zu unterscheiden, unterscheiden.
Wichtige Stadien in der Entwicklung des Auges.
Das Auge eines Weichtiers: die Königinmuschel.
Eine springende Spinne. Spinnen haben eine Anzahl von Augen.
Diese Gottesanbeterin hat getarnte Augen
Landschnecken haben normalerweise zwei Tentakelpaare auf dem Kopf: Das obere Paar hat ein Auge am Ende, das untere Paar dient dem Riechen.
Geschwindigkeit der Entwicklung
Die ersten Fossilien von Augen erschienen während des unteren Kambriums vor etwa 540 Millionen Jahren. In dieser Zeit kam es zu einem Ausbruch einer scheinbar raschen Evolution, die als "Kambrische Explosion" bezeichnet wird. Ein Biologe ist der Ansicht, dass die Evolution der Augen ein Wettrüsten auslöste, das zu einer rasanten Evolutionsserie führte.
Früher mögen Organismen für Lichtempfindlichkeit Verwendung gehabt haben, aber nicht für schnelle Bewegung und Navigation durch Sehen.
Es ist schwierig, die Rate der Augenentwicklung abzuschätzen. Eine einfache Modellierung, bei der kleine Mutationen, die der natürlichen Selektion ausgesetzt sind, angenommen werden, zeigt, dass sich ein primitives optisches Sinnesorgan, das auf effizienten Photopigmenten basiert, in etwa 400.000 Jahren zu einem komplexen, menschenähnlichen Auge entwickeln könnte.
Frühe Stadien der Augenentwicklung
Die frühesten Lichtsensoren waren Photorezeptorproteine. Sie sind Augenflecken, die man bei Protisten findet. Augenflecken können nur hell und dunkel unterscheiden. Dies reicht für den Photoperiodismus und die tägliche Synchronisation der zirkadianen Rhythmen aus. Sie können weder Formen unterscheiden noch die Richtung bestimmen, aus der das Licht kommt.
Augenflecken finden sich bei fast allen größeren Tiergruppen. Der Augenfleck der Euglena, ein so genanntes Stigma, befindet sich an der Vorderseite. Ihr rotes Pigment schattiert eine Ansammlung von lichtempfindlichen Kristallen. Zusammen mit dem führenden Flagellum ermöglicht die Geißel dem Organismus, sich als Reaktion auf Licht zu bewegen, um die Photosynthese zu unterstützen und Tag und Nacht vorherzusagen, die Hauptfunktion der zirkadianen Rhythmen.
Visuelle Pigmente befinden sich im Gehirn komplexerer Organismen und man nimmt an, dass sie bei der Synchronisierung des Laichens mit den Mondzyklen eine Rolle spielen. Indem sie die subtilen Veränderungen der nächtlichen Beleuchtung erkennen, könnten Organismen die Freisetzung von Spermien und Eiern synchronisieren, um die Wahrscheinlichkeit der Befruchtung zu maximieren.
Das Sehen selbst beruht auf einer grundlegenden Biochemie, die allen Augen gemeinsam ist. Wie dieses biochemische Instrumentarium zur Interpretation der Umwelt eines Organismus verwendet wird, ist sehr unterschiedlich. Die Augen haben eine Vielzahl von Strukturen und Formen, die sich alle relativ spät im Vergleich zu den zugrunde liegenden Proteinen und Molekülen entwickelt haben.
Auf zellulärer Ebene scheint es zwei Haupt-"Designs" von Augen zu geben, von denen das eine von den Protostomiern (Mollusken, Ringelwürmern und Gliederfüßern) und das andere von den Deuterostomiern (Chordaten und Echinodermen) besessen wird.
Das Stigma (2) der Euglena verbirgt eine lichtempfindliche Stelle.
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Fragen und Antworten
F: Was ist ein Beispiel für ein homologes Organ?
A: Die Entwicklung des Auges ist ein Beispiel für ein homologes Organ, das viele Tiere haben.
Q: Welche Aufgabe hat das Opsin?
A: Opsine steuern die Umwandlung von Photonen in elektrische Signale.
F: Wann haben sich komplexe Augen entwickelt?
A: Komplexe Augen scheinen sich erst vor ein paar Millionen Jahren entwickelt zu haben, in dem rasanten Evolutionsschub, der als Kambrische Explosion bekannt ist.
F: Gibt es Beweise für Augen vor der kambrischen Periode?
A: Es gibt keine Beweise für Augen vor dem Kambrium, aber viele Augen sind in Fossilien aus dem mittelkambrischen Burgess Shale zu finden.
F: Wie unterscheiden sich die Augen von Organismus zu Organismus?
A: Augen unterscheiden sich in ihrer Sehschärfe (Genauigkeit des Sehens), ihrer Empfindlichkeit bei schwachem Licht und ihrer Fähigkeit, Bewegungen zu erkennen oder Objekte zu identifizieren. Ihre Empfindlichkeit gegenüber Wellenlängen entscheidet darüber, ob sie in Farben sehen können und welche Farben sie sehen können.
F: Welche Rolle spielt das Melanopsin?
A: Melanopsin, ein Opsin, das in der Netzhaut von Säugetieren vorkommt, ist an zirkadianen Rhythmen und dem Pupillenreflex beteiligt, aber nicht am Sehen.
F: Welches Ereignis markiert den Beginn der Entwicklung komplexer Augen?
A: Die Entwicklung komplexer Augen begann während des schnellen Evolutionsschubs, der als kambrische Explosion bekannt ist.
