Leniwce i pancerniki widzą czarno-biały świat

Z leniwcem trójpalczastym nie jest lepiej. “Gdy młodego leniwca umieści się pięć stóp (ok. 1,55 m) od matki na poziomej gałęzi, na tym samym poziomie, młode natychmiast zaczyna płakać, matka zaś wykazuje, że usłyszała jego płacz I zaczyna obracać głową we wszystkich kierunkach. Wielokrotnie patrzy bezpośrednio w kierunku młodego, ale najwyraźniej jej wzrok, słuch ani zapach nie są wystarczająco ostre”, napisał Michael Goffart w 1971 r. A co zabawniejsze: “ Rozwścieczone samce [leniwca] próbują uderzać się nawzajem, mimo że są od siebie oddalone o ponad 1,5 metra.

Dziś, dekady od publikacji tych opisów, Christopher Emerling I Mark Springer z Kalifornijskiego Uniwerstetu w Riverside twierdzą, że wiedzą dlaczego pancerniki I leniwce mają tak słaby wzrok. Zwierzęta te mają uszkodzone kopie genów odpowiedzialnych za tworzenie się wykrywających
kolory komórek – czopków – w oczach, co pozostawia je tylko z pręcikami, które mają gorszą rozdzielczość i najlepiej funkcjonują w słabym świetle. Widzą zatem świat w szorstkich czarno-białych odcieniach i mają trudności przy jasnym świetle. Odkrycie to potwierdza hipotezę, że mrówkojady,
leniwce i pancerniki, grupa określana mianem “szczerbaków”, pochodzi od ryjącego przodka, który spędzał większość czasu, jeśli nie cały czas, pod ziemią. Przy niewielkiej ilości światła, te pradawne zwierzęta być może preferowały czułe pręciki nad ostro widzącymi I wykrywającymi kolory czopkami.

Ostatecznie wyszły jednak z powrotem na powierzchnię, a w przypadku leniwców nawet wybrały życie na drzewach. Nadal jednak zachowują ślady przeszłości jako zwierzęta ryjące, m. in. silne przednie łapy, zakrzywione pazury I cechy szkieletu, dzięki którym mogły wykonywać potężne ruchy przy kopaniu (łacińska nazwa ich rzędu “xenartha” oznacza “dziwne stawy”).

Mrówkojady wykorzystują te cechy przy rozkopywaniu mrowisk, podczas gdy
leniwce używają ich do zwisania z gałęzi drzew. Ale zachowały również siatkówkę bez czopków, jaką mieli ich przodkowie. Według Emerlinga i Springera, mogło to w znaczny sposób ograniczyć ich
ewolucję. Przy słabym wzroku nie były w stanie przyjąć trybu życia, jaki rozwinęły inne ssaki, np. umiejętność szybkiego biegania, aktywnego polowania czy szybowania. A pancerniki “ przechodząc przez ulice posiadają minimalną zdolność postrzegania zbliżających się samochodów, fakt aż nazbyt
dobrze znany mieszkańcom Teksasu”, mówi Emerling. Odkrycie to jest częścią znacznie obszerniejszej historii ssaków, historii, która podkreśla kapryśną naturę ewolucji. Wiele gatunków zwierząt, włączając w to ptaki, ryby, gady I płazy mają oczy z czterema rodzajami czopków, dzięki czemu są w stanie rozróżniać między szerokim wachlarzem kolorów. Jednakże ssaki wyewoluowały ze zwierząt prowadzących nocny tryb życia, które już utraciły dwa rodzaje czopków. Przez to wiele z dziś żyjących ssaków pozostało z taką zubożałą konfiguracją. Na przykład psy nadal posiadają tylko dwa rodzaje czopków: jedne “dostrojone” do kolorów fioletowych I drugie “dostrojone” do odcieni zieleni i niebieskiego. (Wbrew powszechnemu przekonaniu, świat psa nie jest czarno-biały. Widzą one kolory, chociaż w ograniczonym zakresie). Ludzie i inne naczelne częściowo odwrócili tę starożytną stratę poprzez ponowne wyewoluowanie trzeciego rodzaju czopka, czułego na kolor czerwony. Być może
pomagało to nam rozróżniać niedojrzałe zielone owoce od czerwonych/pomarańczowych dojrzałych. Natomiast ssaki, które powróciły do morza, poszły krok dalej z utratą czopków I pozbyły się tych, które są czułe na odcienie niebieskiego I fioletowego. A wielkie wieloryby utraciły wszystkie rodzaje czopków. Mają tylko pręciki. Ocean jest błękitny, ale płetwal błękitny nigdy się o tym nie dowie.

Zespół Springera odkrył siatkówki wielorybów zawierające tylko pręciki. Wydawało się to sensowne, ponieważ są to zwierzęta, które nurkują i spędzają większość czasu na głębokościach, gdzie dochodzi niewielka ilość światła. Ten sam zespół wykazał, że złotokrety także nie posiadają czopków – są “pręcikowymi monochromami”. To też ma sens: te zwierzęta spędzają większość życia pod ziemią. Ale pancernik długoogonowy był większą zagadką.

Emerling przyjrzał się jego genomowi I zaobserwował, że kilka z jego genów
odpowiedzialnych za powstawanie czopków dotknęły upośledzające mutacje. Mutacje te powinny doprowadzać do rozwoju siatkówki zawierającej tylko pręciki. “Byłem przekonany, że to błąd w sekwencjonowaniu”, mówi Emerling, “ponieważ pancerniki są często aktywne w ciągu dnia. Nie nurkują głęboko w oceanach ani nie żyją pod ziemią.” Emerling dokładniej sprawdził swoje wyniki
i wykazał, że pancerniki mają nadal funkcjonujące kopie wszystkich genów specyficznych dla pręcików, ale uszkodzone wersje siedmiu genów specyficznych dla czopków. Odkrył podobne przykłady uszkodzonych genów specyficznych dla czopków u innych szczerbaków, w tym pięciu innych gatunków pancerników, trzech mrówkojadów, żyjącego leniwca, a nawet wymarłego naziemnego leniwca . Porównując te geny, doszedł do wniosku, że ostatni wspólny przodek tej grupy  wcześniej już utracił jeden z rodzajów czopków wskutek mutacji uszkadzającej. Później dwie gałęzie pochodzące od tego przodka – pancerniki i leniwce/mrówkojady – niezależnie od siebie ”wyłączyły” różne geny związane z rozwojem ostatniego rodzaju czopka.

“Większym szokiem było dla mnie odkrycie tej samej cechy u leniwców” mówi Emerling. “Leniwce żyją w koronach drzew! Widzenie w świetle dnia zdecydowanie nie powinno być zbędne ssakom nadrzewnym!” . Ale Tom Cronin z Uniwersytetu Maryland w Baltimore County zauważa, że “widzenie tylko przy pomocy pręcików nie jest niezgodne z aktywnością w ciągu dnia”. Mówi on, że wielkie wieloryby spędzają dużo czasu w pełnym świetle tuż pod powierzchnią oceanu. Są nawet ludzie, którzy widzą tylko przy pomocy pręcików - radzą oni sobie całkiem dobrze o ile światło słoneczne nie jest zbyt jasne. Ich ostrość widzenia pozwala im też czytać przy normalnym świetle. (Z drugiej strony, Emerling twierdzi, że to schorzenie jest czasem określane mianem “ślepoty dziennej” I że “osoby na nie cierpiące często odczuwają ból oczu przy nadmiarze światła w ciągu dnia”.)

Cronin zwraca także uwagę na fakt, że trudno jest wyciągać stanowcze wnioski o wzroku zwierząt tylko na podstawie genetyki. Być może szczerbaki jakoś kompensują swoje uszkodzone geny specyficzne dla czopków, więc aby udowodnić, że mają naprawdę wzrok tylko i wyłącznie dzięki pręcikom, należałoby zbadać ich siatkówki i de facto wykonać badanie ich wzroku. Emerling uznaje to, ale wskazuje na inne linie dowodowe. Na przykład, oczy szczerbaków nie mają mięśnia, który pozwala innym ssakom na skupianie soczewki, co sugeruje słaby wzrok tych gatunków. Istnieje także wiele anegdotycznych doniesień o fatalnym widzeniu w dzień leniwców, pancerników i mrówkojadów. Ponadto w jednym z eksperymentów leniwce zachowywały się tak samo w masce naocznej, jak I bez niej. Biorąc to wszystko razem “wydaje się wysoce prawdopodobne, że pancerniki i leniwce w ogóle nie mają czopków”, mówi badacz.

Ale jeżeli tak jest w rzeczywistości, pojawia się kolejna tajemnica: dlaczego tak wiele ssaków ryjących, jak afrykańskie kretoszczury, europejskie krety i wiele gatunków gryzoni zachowało czopki? Pomimo tego, że spędzają całe swoje życie pod ziemią, wszystkie te gatunki posiadają siatkówkę, która o wiele bardziej przypomina siatkówkę ssaków prowadzących dzienny tryb życia niż nocny. Życie pod ziemią niekoniecznie oznacza utratę czopków.

“Nie ma jasnego powodu, dlaczego zarówno szczerbaki jak I [wieloryby] miałyby utracić czopki” twierdzi Cronin. A zatem zostajemy z pytaniem dlaczego je utraciły?

*Odniesienie: Emerling I Springer. 2014.Genomic evidence for rod monochromacy in sloths and armadillos suggests early subterranean history for Xenarthra. Proc Roy Soc B http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2014.2192

*Poprawka: W poście tym pierwotnie stwierdzono, że ssaki morskie utraciły
czopki czułe na światło zielone. Natomiast naprawdę utraciły czopki czułe na światło niebieskie I fioletowe.

Sloths-and-Armadillos-see-the-world-in-black-and-white

Not Exactly Rocket Science, 20 grudnia 2014

Tłumaczenie: Paulina Wojciechowska