La evolución de nuestros ojos y cerebro está íntimamente ligada
Es fácil dar por sentado que nuestros ojos son lo que son. Pero una reciente investigación demuestra que han recorrido un increíble camino evolutivo hasta alcanzar su forma actual, que nos resulta tan familiar.
Desde hace tiempo se sabe que nuestros ojos (vertebrados) difieren fundamentalmente de los de nuestros parientes lejanos (invertebrados) debido a su composición celular y a cómo se desarrollan antes del nacimiento. Sin embargo, durante mucho tiempo, las respuestas sobre el origen de estas diferencias permanecieron sin respuesta.
En nuevo estudio sugiere que nuestros ojos descienden de un ancestro con forma de gusano que habitaba los océanos hace 600 millones de años. Lo mismo se aplica a todos los animales bilaterales, es decir, aquellos cuyos cuerpos se pueden dividir en dos mitades, izquierda y derecha, que son prácticamente simétricas.
Como parte del estudio, los investigadores analizaron 36 grupos principales de animales vivos (que abarcan casi todos los animales bilaterales) para ver dónde se ubican sus ojos y células fotorreceptoras y cuál es su función.
Observaron un patrón. Descubrieron que los ojos y las células fotorreceptoras se encuentran sistemáticamente en dos ubicaciones distintas: emparejadas a ambos lados de la cara y en la línea media de la cabeza, en la parte superior del cerebro. En los animales que estudiaron, las células en posición emparejada se utilizan para dirigir los movimientos, mientras que sus homólogas de la línea media distinguen el día de la noche y arriba de abajo.
Imagen: El origen del desarrollo de los ojos de vertebrados y cefalópodos. Current Biology (2023). DOI: 10.1016/j.cub.2023.07.049
Llegaron a la conclusión de que un antiguo ancestro vermiforme de todos los vertebrados perdió el par de ojos "directores" cuando adoptó un estilo de vida mayormente sedentario hace 600 millones de años, excavando en el lecho marino. Al convertirse en un animal filtrador sin necesidad de moverse, este tipo de ojos, que requieren mucha energía, se volvió inútil y costoso.
Sin embargo, este cambio de estilo de vida dejó intactas las células fotorreceptoras en la parte central de su cabeza, ya que el animal aún necesitaba percibir la hora del día y distinguir entre arriba y abajo. Aunque desaparecido los ojos pares habían, las células fotorreceptoras de la línea media se desarrollaron hasta formar un pequeño ojo en la línea media.
Posiblemente, en cuestión de millones de años, este animal volvió a cambiar su estilo de vida. El regreso a la natación reintrodujo la necesidad de controlar la dirección y medir el movimiento de su propio cuerpo para una alimentación eficiente por filtración (tamizar el alimento del agua) y para evitar a los depredadores.
Esto impulsó la evolución a desarrollar el ojo central mediante la formación de pequeñas cavidades oculares a cada lado. Posteriormente, estas cavidades se separaron del ojo central, se desplazaron hacia los lados de la cabeza y formaron nuevos ojos pares: nuestros ojos.
La pérdida y recuperación de la visión ocurrió hace entre 600 y 540 millones de años. Componentes de la línea media del ojo permanecieron y se convirtieron en la glándula pineal del cerebro, que produce y libera la hormona del sueño, la melatonina.
Imagen: Mejora del contraste en un entorno marino mediante visión cromática (A, B) o visión polarizada (C, D). (A, B) Escena de arrecife fotografiada a través de un filtro verde (pico de 500 nm).
En muchos vertebrados, la glándula pineal recibe luz a través de una región transparente (sin pigmentación) situada en el centro de la cabeza. Sin embargo, en el linaje de los mamíferos, la glándula pineal perdió su capacidad de detectar la luz, posiblemente porque los primeros mamíferos eran activos por la noche y se escondían durante el día. Así, los ojos, que eran más sensibles, asumieron la función de detectar la luz, lo que desencadena la liberación de melatonina y el sueño.
Ojos de todas las formas y tamaños
Los animales con forma de gusano que no perdieron las células fotorreceptoras pareadas originales de sus ancestros constituyen la mayoría de los actuales invertebrados, ya que descienden de una rama del árbol evolutivo que nunca adoptó un estilo de vida estático. Entre estos animales se incluyen crustáceos, insectos, arañas, pulpos, caracoles y muchos grupos de gusanos. Estos animales aún poseen versiones modernas de los conjuntos originales de células fotorreceptoras.
Los ojos pares de los insectos y crustáceos son ojos compuestos, con una serie de diminutas lentes y densamente agrupadas en cada ojo. En lugar de ojos compuestos, los pulpos y caracoles tienen ojos tipo cámara con una sola lente.
Imagen derecha: (A) El pez de aguas profundas barreleye, Opisthoproctus soleatus, con ojos tubulares para la visión hacia arriba (utilizado con permiso de Katie Thomas). (B) Un ejemplar juvenil semitransparente de Histioteuthis heteropsis que muestra ojos de diferente tamaño y forma (de Thomas et al. (2017), utilizado con permiso de la Royal Society).
De hecho, los pulpos y los caracoles desarrollaron de forma independiente el mismo diseño ocular y la misma capacidad visual que nosotros, los vertebrados. Sin embargo, nuestra retina —la capa sensible a la luz situada en la parte posterior del ojo— posee más de 100 tipos de neuronas (los ratones tienen incluso más: 140), en comparación con apenas un puñado en los pulpos y los caracoles. Esto la hace casi tan compleja como nuestra corteza cerebral, la parte más externa y extensa de nuestro cerebro.
Los científicos creían que, en la evolución de nuestros ojos, esta complejidad surgió relativamente tarde. Las similitudes entre las células fotorreceptoras del cerebro y los ojos pares sustentaron hipótesis anteriores sobre un ojo simple, similar a la glándula pineal, en las primeras etapas de su evolución. Sin embargo, en el nuevo trabajo, los autores sostienen que gran parte de esta complejidad es anterior a la retina.
Por lo tanto, es probable que ya estuviera presente en el ojo del ancestro "cíclope". Esto tiene amplias implicaciones para el origen y la organización de los circuitos neuronales tanto en nuestra retina como en nuestro cerebro.
Para nosotros, los vertebrados, la evolución de nuestros ojos y cerebro está íntimamente ligada. La aparición de nuevos pares de ojos es una parte fundamental de este proceso, ya que los ojos permitieron el desarrollo de comportamientos complejos que requieren cognición y grandes cerebros. Sin los ojos, no solo seríamos humanos sin ojos; no existiríamos en absoluto, ni tampoco ninguno de los demás vertebrados.
El estudio fue publicado en Current Biology: Cephalopod versus vertebrate eyes
