چرا انسان‌ها برای پلک‌زدن تکامل یافته‌اند؟

دیجیاتو: تا به پایان این جمله برسید، حداقل یک بار پلک زده‌اید. انسان‌ها در هر دقیقه ۱۵ تا ۲۰ بار پلک می‌زنند. بسته‌شدن بسیار ناآگاهانه پلک بالایی که چشم‌های ما را تمیز، مرطوب و محافظت‌شده نگه می‌دارد.این رفلکسی است که تقریباً تمام مهره‌داران دست‌وپادار (چیزی که دانشمندان چهاراندامان می‌نامند) دارند و تقریباً به‌طور کامل در حیوانات آبزی مثل ماهی غایب است – نیاکان چهاراندامان.

تیمی از زیست‌شناسان تکاملی می‌خواستند این را بدانند: پلک‌زدن چگونه و چرا تکامل یافت؟ از آنجا که تقریباً ۴۰۰ میلیون سال از زمانی که ماهی‌ها شروع به راه‌رفتن روی خشکی کردند، می‌گذرد، مطالعه شکل‌گیری این فرایند غیرممکن است. به‌علاوه، چشم‌ها، ماهیچه‌ها و دیگر تکه‌های نرم معمولاً در فسیل‌ها باقی نمی‌مانند.

پس پژوهشگران به گِل‌خورک‌ها روی آوردند؛ گروهی از ماهیان دوزیست که در زمین‌های گِلی آفریقا و آسیا زندگی می‌کنند و پلک‌زدن مستقل از چهاراندامان در آن‌ها تکامل یافته است.

با استفاده از ویدیوهای فوق‌پرسرعت و بروزترین تجهیزات اسکن، پژوهشی تازه‌منتشرشده در ژورنال دریافته است که هم ماهی‌های پلک‌نزن و هم گِل‌خورک‌ها همیشه عضلات لازم برای پلک‌زدن را داشته‌اند. این یعنی مهاجرت نیاکان چهاراندام ما به زمین خشک و نیاز به خوب دیدن احتمالاً محرک پدیده پلک‌زدن بوده است.

تصویری بزرگنمایی‌شده از چشم انسان با مردمک، عنبیه اطراف و مویرگ‌های اطراف روی سطح کره چشم. مدت‌هاست که می‌دانیم انسان‌ها برای مرطوب نگه‌داشتن چشم‌های خود پلک می‌زنند، اما چیزی که کمتر از آن می‌دانیم، چگونگی تکامل این پدیده است. پژوهشی تازه روی یک ماهی دوزیست به نام گِل‌خورک سرنخ‌هایی را ارائه می‌دهد.

«سندی کاوانو» (Sandy Kawano)، زیست‌شناس تکاملی دانشگاه جرج واشینگتن در واشینگتن دی.سی. آمریکا که در پژوهش نقشی نداشته است، می‌گوید این حقیقت که ماهی‌های امروزی عضلات لازم برای پلک‌زدن را دارند، «چشم‌اندازی جدید است از برخی الزامات دیدن روی زمین. این درحقیقت پیشنهاد می‌دهد که توانایی دیدن کارآمد روی زمین واقعاً مانع آنچنان بزرگی برای ماهی‌ها نیست.»

ماهی‌ها بیرون از آب

برای چند میلیارد سال آغازین، حیات روی زمین پدیده‌ای آبی بود. هرچند حدود ۳۷۵ میلیون سال قبل، تعدادی ماهی حرکت آزمایشی خود را به بیرون از اقیانوس‌ها و روی زمین خشم آغاز کردند. این دنیای جدید، پر از غذاهای بالقوه و فاقد شکارچی، نویدبخش فرصت‌هایی نامحدود بود – اما تنها اگر چهاراندامان می‌توانستند آن‌ها را ببینند.

کاوانو می‌گوید: «اگر چشم‌های آن‌ها برای زندگی زیر دریا ساخته شده بود، وقتی به زمین می‌رسیدند، چیزها بسیار تار می‌بودند. آن‌ها باید اساساً نزدیک‌بین بوده باشند.»

آن‌ها همچنین از خشکی چشم مزمن رنج می‌بردند، چون قرنیه باید برای محافظت از چشم و اکسیژن‌رسانی به آن خیس باشد. حیوانات به راهی نیز نیاز داشتند که غبار را از چشم‌های ظریف بیرون کند یا مانع از ورود آن‌ها شود. به همین علت است که تقریباً تمام چهاراندامان با پلک‌زدن به این هدف دست یافته‌اند.

دانشمندان روی گِل‌خورک اقیانوس اطلس، پی. بارباروس، مطالعه کرده‌اند (تصویر بالا یکی از آن‌ها را در آکواریوم پاسیفیک کالیفرنیا نشان می‌دهد).

چشم‌به‌هم‌زدن

برای فهم اینکه پلک‌زدن در آغاز چگونه تکامل پیدا کرد، «تام استوارت» (Tom Stewart) از دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، «برت آیلو» (Brett Aiello) از دانشگاه سِتون هیل و «نیل شابین» (Neil Shubin) از دانشگاه شیکاگو با مهندس «سیامون اسپونبرگ» (Simon Sponberg) از جورجیاتک همکاری کردند تا دو گونه گِل‌خورک را مطالعه کنند: پریوفتالموس بارباروس (Periophthalmus barbarus) و پی. سپتمرادیاتوس (P. septemradiatus).

فیلم‌برداری پرسرعت از گِل‌خورک‌های پلک‌زن در آزمایشگاه نشان داد که ماهی‌های «راه‌رونده» این کار را با کشیدن کره چشمان خود به داخل کاسه چشم و بستن پوست اطراف آن‌ها انجام می‌دهند.

تصاویر برش‌نگاری محاسبه‌ای ساختار عضلانی گِل‌خورک‌ها، به‌خصوص اطراف جمجمه، شش عضله لازم برای عقب کشیدن چشم را نشان می‌دادند. این ماهیچه‌ها در دیگر گونه مطالعه نیز وجود داشتند: گاوماهی گرد، نگوبیوس ملانوستوموس (Neogobius melanostomus)، یک خویشاوند نزدیک اما کاملاً آبزی.

یک اتاقک رطوبت اختصاصی نشان داد که هر دو گِل‌خورک‌ها در هوای خشک بیشتر پلک می‌زنند. وقتی پژوهشگران ذراتی کوچک را به چشمان گِل‌خورک‌ها اعمال کردند، ۹۷ درصد از آن‌ها با یک پلک از قرنیه حذف شدند و وقتی دانشمندان از یک کاوشگر کوچک برای لمس چشم استفاده کردند، فهمیدند که گِل‌خورک‌ها به‌عنوان رفلکس پلک می‌زدند؛ درست مثل چهاراندامان. این یعنی پلک‌زدن در گِل‌خورک‌ها نیز همان عملکرد پلک‌زدن انسان‌ها را دارد.

آیلو می‌گوید: «این نشان می‌دهد که می‌توانید تنها با یک عقب‌نشینی و انقباض پوست دور چشمان رفتاری کاملاً زمینی داشته باشید. نیاز نیست چیزی با ساختاری ظریف یا پیچیده شبیه چشم‌های ما داشته باشید.»

یک گونه ناشناس گِل‌خورک نر در فصل جفت‌گیری در کویت برای جلب‌توجه ماده‌ها به هوا پریده است.

«روش‌های قدرتمند»

«برونو سیموئس» (Bruno Simões)، جانورشناس دانشگاه پلیموث در بریتانیا، این پژوهش را بسیار جالب می‌داند و روش‌های ظریف آن را برای شناسایی چرایی و چگونگی ظهور پلک‌زدن تحسین می‌کند.

سوموئس می‌گوید: «آن‌ها از روش‌هایی کاملاً قدرتمند استفاده کردند تا قدم‌به‌قدم تست کنند که چرا جانوران سیستم پلک‌زدن را توسعه دادند.»

کاوانو نیز تحسین سیموئس را تکرار می‌کند و می‌گوید انتخاب مدل گِل‌خورک بسیار مناسب بود. «آن‌ها نیاکان ما نیستند و همچنان این شباهت را بین کاری که گِل‌خورک‌ها می‌کنند و کاری که برخی از چهاراندامان می‌کنند، می‌بینیم.»

استوارت و آیلو هشدار می‌دهند که این حکم نهایی درباره تکامل پلک‌زدن نیست. استوارت می‌گوید فقط به این دلیل که پلک‌زدن به‌گونه‌ای در گِل‌خورک‌ها تکامل یافته است، نمی‌توان گفت که این اتفاق در چهاراندامان نیز افتاده است؛ هرچند این به دیرینه‌شناسان نقطه شروعی می‌دهد تا در فسیل‌ها به‌دنبال شواهد پلک‌زدن بگردند.

آیلو می‌گوید: «تکامل همگرا – تکامل مستقل خصوصیات مشابه در نسب‌های متفاوت – به زیست‌شناسان راهی هیجان‌انگیز برای فهم چگونگی عملکرد تکامل می‌دهد.»