O olho humano é um órgão de grande complexidade, atuando como uma câmera, coletando, focando luz e convertendo a luz em um sinal elétrico traduzido por imagens pelo cérebro. Trata-se de um sistema que não funciona na ausência de quaisquer dos seus componentes.
Segundo Charles Darwin , embora não dispondo de evidência paleontológica , sugeriu que o olho teria evoluído por seleção natural. Contudo, não foi fácil encontrar evidências indiretas para essa teoria uma vez que tecidos moles raramente fossilizam, contrário do documentário fóssil que evidencia a evolução do esqueleto dos vertebrados.
Estudos recentes envolvendo a análise da formação dos embriões e comparação de estruturas e dos genes de várias espécies permitiram sugerir que o tipo de olho comum nos vertebrados evoluiu em menos de 100 milhões de anos partindo de simples sensores fóticos existentes nos animais há cerca de 600 milhões de anos para órgãos sofisticados em termos ópticos e neurológicos presentes nos animais que habitaram o planeta há 500 milhões de anos.
Durante a explosão cambriana (540-490 milhões de anos) surgiram basicamente dos tipos de olhos. O primeiro parece ter sido composto da versão observada atualmente em quase todos os artrópodes. Nesse tipo de olho, uma série de unidades idênticas de geração de imagem – cada uma constitui uma lente ou refletor – irradia luz para alguns elementos sensíveis a ela, os fotorreceptores. Os olhos compostos são muito eficazes para animais de pequeno porte, pois oferecem um amplo ângulo de visão e resolução espacial moderada em volume pequeno. No entanto, olhos compostos seriam impraticáveis em animais maiores, pois o olho teria de ser enorme par proporcionar visão de alta resolução. Assim, com o aumento do tamanho do corpo, também aumentaram as pressões seletivas favorecendo o olho tipo câmera.
Nos olhos tipo câmera, todos os fotorreceptores compartilham uma única lente que foca a luz e estão dispostos como uma lâmina ( a retina) que reveste a superfície interna da parede ocular. O moluscos possuem olhos que lembram os nossos, mas seus fotorreceptores são idênticos aos encontrados nos insetos. Os vertebrados apresentam um tipo diferente de fotorreceptores, que nos mandibulados (inclusive nós) ocorrem em duas modalidades : cones para a visão diurna e bastonete para a visão noturna.
Cientistas observaram que muitas características marcantes do olho dos vertebrados também ocorrem em todos os representantes atuais de uma ramo principal da árvore evolutiva dos vertebrados :a dos vertebrados mandibulados. Esse padrão sugere que os vertebrados com mandíbulas herdaram os caracteres de um ancestral comum e que nosso olho já evoluíra por volta de 420 milhões de anos quando os primeiros vertebrados mandibulados ( que provavelmente se assemelhavam aos modernos peixes cartilaginosos, como os tubarões) patrulhavam os mares. O nosso olho tipo câmera e os fotorreceptores devem ter raízes mais profundas e repousa em vertebrados sem mandíbulas com quem compartilhamos um ancestral comum há cerca de 500 milhões de anos.
Para estudar esse vertebrado sem mandíbula, os cientistas utilizaram a lampreia, que apresenta olho do tipo câmera completo, com cristalino, íris e músculos oculares. A retina chega a apresentar uma estrutura com três camadas como a nossa e suas células fotorreceptoras se assemelham bastante aos nossos cones, embora pareçam no ter desenvolvido bastonetes mais sensíveis. Além disso os genes que regulam muitos aspectos da detecção da luz, do processamento neural e do desenvolvimento do olho são os mesmos que comando esses processos em vertebrados com mandíbulas.
Essas semelhanças surpreendentes com o olho de vertebrados são numerosas demais para terem surgido de forma independente. Um olho essencialmente idêntico ao nosso deve ter existido no ancestral comum dos vertebrados com ou sem mandíbula há 500 milhões de anos. Infelizmente, os cientistas não podem estudar nos seres anteriores uma vez que não há representantes vivos, ou seja, não há representantes vivos dos ancestrais que deram origem ao grupo dos Cordados que incluem os protocordados e os vertebrados. Esses ancestrais se separaram do nosso grupo, os cordados vertebrados nos últimos 50 milhões de anos , posterior aos 500 milhões de anos. Entretanto há indícios no olho de um animal, um tanto enigmático conhecido popularmente como peixe-bruxa.
O peixe-bruxa, também chamado de feiticeira, faz parte do grupo de animais sem mandíbulas que juntamente com a lampreia constituem os únicos representantes vivos dos ágnatos (animais sem mandíbula). O peixe-bruxa não apresenta o padrão comum de olho dos vertebrados. Trata-se de um olho que não apresenta íris, cristalino nem todos os músculos de apoio. A retina tem apenas duas camadas de células em vês de três. Além disso, os olhos ficam encaixados profundamente sob uma área de pele translúcida. Evidência experimentais indicam que seja um animal praticamente cego e utilize o olfato para localizar o alimento. Esses animais, compartilham um ancestral comum com as lampréias , que talvez tenha tido um olho tipo câmera. O olho do peixe-bruxa manteve-se igual por centenas de milhões de anos. Pois embora o animal não utilize olhos para enxergar na profundeza oceânica, o mesmo é importante para a sobrevivência.
Ao analisar a estrutura da retina da lampreia nota-se que a mesma possui um padrão diferente. Na retina normal existem três camadas, havendo a camada média que possui neurônios bipolares , que processam as informações dos fotorreceptores e transmitem os resultados para os neurônios de saída, cujos sinais viajam até o cérebro para interpretação. No caso da retina, com somente duas camadas, sem as células nervosas bipolares intermediárias, presentes na lampreia, os fotorreceptores conectam-se aos neurônios de saída. E nesse sentido, o sistema nervoso da retina do peixe-bruxa assemelha-se ao da glândula pineal (pequeno corpo secretor de hormônios do cérebro dos vertebrados). Essa glândula modula o ritmo circadiano e, nos vertebrados não mamíferos, contém células fotorreceptoras que se conectam diretamente com os neurônios de saída, sem células intermediárias; em mamíferos, essas células perderam a capacidade de detectar luz.
Estudos anatômico e fisiológicos sugerem que o olho do peixe-bruxa não está envolvido na visão, mas fornece informações à parte do cérebro do animal que regula o essencial ritmo circadiano, além de atividades sazonais como alimentação e reprodução. Assim, talvez, o olho ancestral dos protovertebrados que viveram entre 550 ou 500 milhões de anos, primeiro serviu como um órgão não visual, e só mais tarde o poder de processamento neural e os componentes ópticos e motores necessários para a visão espacial evoluíram.
Aspectos embrionários do olho dos vertebrados apóiam essa hipótese. Quando a lampreia está na fase larval , vivendo sob o leito de riachos é cega e o olho assemelha-se ao do peixe-bruxa. Quando ocorre metamorfose, o olho rudimentar cresce substancialmente, desenvolve retina com três camadas, cristalino, córnea e músculos de apoio e finalmente, emerge na superfície como o olho tipo câmera dos vertebrados mandibulados. Muitos aspectos do desenvolvimento de um indivíduo espelham eventos que ocorreram durante a evolução de seus antepassados, assim pode-se, com cautela utilizar o padrão observado na lampreia para reconstrução da evolução do olho humano. Lembre-se que : A Ontogenia recapitulando a filogenia é uma teoria da biologia proposta pela primeira vez por Ernst Haeckel que a designou por lei biogenética. A ontogenia refere-se ao desenvolvimento dos embriões de uma dada espécie: a filogenia refere-se à história evolucionária das espécies. A teoria defende que o desenvolvimento do embrião de uma dada espécie repete o desenvolvimento evolucionário da espécie.
O olho dos vertebrados também demonstra indícios da sua origem evolutiva durante o desenvolvimento embrionário. O circuito (interação entre os neurônios) da retina de mamíferos começam um pouco como os dos peixes-bruxas, com os fotorreceptores conectando-se diretamente com os neurônios de saída. Então, em um período de semanas, as células bipolares amadurecem e se inserem entre os fotorreceptores e os neurônios de saída. Essa sequência é exatamente o padrão de desenvolvimento esperado para confirmar se a retina de vertebrados evoluiu de um órgão de duas camadas, acrescentando poder de processamento e componentes de formação de imagem. Portanto, parece perfeitamente plausível que esse estágio inicial e simples de desenvolvimento representa o resquício de um período de evolução anterior á criação do circuito de células bipolares na retina e antes do surgimento do cristalino e, córnea e músculos.
Outro fato interessante reside no tipo de célula utilizada para detecção de luz. As células fotorreceptoras do reino animal dividem-se em raddoméricas e ciliares. Até recentemente, os cientistas acreditavam que os invertebrados usavam as rabdoméricas e os vertebrados as ciliares. Na grande maioria dos organismos, os fotorreceptores ciliares são responsáveis pela detecção de luz para fins não visuais como regular o ritmo circadiano, por exemplo. Em contraste, os receptores rabdoméricos detectam a luz com propósito explícito de permitir a visão. Artrópodes e moluscos que evoluíram de forma independente ao olho dos vertebrados usam fotorreceptores raddoméricos. Os vertebrados usam células ciliares para fins visuais.
O olho humano ainda retém descendentes dos fotorreceptores rabdoméricos, que foram modificados para formar os neurônios de saída que enviam informações da retina para o cérebro.A nossa retina contém os descendentes das duas classes de fotorreceptores : as ciliares, originalmente fotorreceptoras, e as rabdoméricas, transformadas em neurônios de saída. No vertebrados os fotorreceptores ciliares triunfaram como sensores de luz na retina, enquanto a classe rebdomérica evoluiu para neurônios de projeção. Admitindo que os cordados primitivos , que habitavam os nichos mais escuros no leito oceânico, os fotorreceptores rabdoméricos, menos sensíveis à luz, estavam disponíveis juntamente com os fotorreceptores ciliares, tornaram-se livres e estavam disponíveis para um novo papel: de neurônios transmissores de sinais da retina para o cérebro.
No início do desenvolvimento embrionário, a estrutura neural que dá origem ao olho se projeta em um dos lados formando dois sacos ou vesículas. Depois, as vesículas se dobram, formando uma retina em forma de C que reveste o interior do olho. Na etapa seguinte, enquanto a retina dobra-se para o interior, forma-se o cristalino, oriundo do espessamento da superfície externa do embrião, ou ectoderma, que protrai no espaço curvo vazio formado pela retina em forma de C. Por fim, essa protusão se separa do resto do ectoderma, tornando-se um elemento de livre flutuação.
Em termos evolutivos, essas etapas da embriogênese marcaram a evolução do olho humano. Assim, com o surgimento do cristalino para captar luz e focar imagens, permitiu que a capacidade de coletar informações melhora-se substancialmente.
Finalmente, ocorreu evolução dos músculos capazes de movimentar os olhos, permitindo ampliação do campo visual.
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