Silmu silmast selgus silma saladus
Kui te hommikul ärkate ja silmad avate, siis vaevalt te mõtlete, kust kohast oma silmad saite: kas need arenesid evolutsiooni käigus või tekkisid imekombel ühe hoobiga.
Inimene on andur. Andur, kes muundab valguse, heli, soojuse, rõhu ja molekulid oma meeleelundite vahendusel tillukesteks elektriimpulssideks, mis kulgevad närvikiudude kaudu ajju. Meeleelunditest kõige imepärasem on silm, sellesarnast ei kohta kusagil mujal looduses kui loomadel. Ehk seepärast on olnud kõige raskem selgitada, kuidas silm arenes, kas ta tekkis evolutsiooni käigus üks või mitu korda või hoopis loodi ühekorraga. Filosoof Henry Bergson vaidles Darwinile vastu, et silmad on liiga imepärased, et neid vaid evolutsiooni valguses saaks käsitleda.
Geneetik ja evolutsioonibioloog J. B. S. Haldane kirjutas 1964. aastal, et silm oli üsna ebatõhus elund, kuni muutus suureks. Inimese silmapõhi, kuhu tekib välismaailmast kujutis, on mosaiik kepikestest ja koonustest, mille diameeter on veidi suurem kui keskmise valguslaine pikkus. Silmas on neid valgustundlikke andureid poole miljoni ümber. Et kaks objekti oleksid eristatavad, peavad nende kujutised langema erinevatele kepikestele ja koonustele. Kui nood oleksid kaks korda suuremad, peaksid kaks punkti, mida eristame, olema teineteisest kaks korda kaugemal, kui näeb meie silm praegu. Kui aga need oleksid pisemad ja nende arv suurem, ei näeks me veel terasemalt, sest pole võimalik tekitada valguse lainepikkusest pisemat kujutist.
Hiire silm ei ole inimese silma vähendatud koopia. Selle kepikesed ja koonused pole meie omadest palju pisemad ja seega on neid palju vähem. Hiir ei erista isegi poole meetri kauguselt üht inimnägu teisest. Et silmast oleks tõepoolest kasu, peab see pisemal olendil olema suhteliselt suurem, mida me imetleme kassil või pisemat sorti ahvidel. Elevandil ja vaalal aga ei ole vaja inimsilmast palju suuremat silma.
Otseseid tõendeid silma arengu kohta on raske saada, sest erinevalt luustikust pehme kude ei kivistu. Nõnda on bioloogid uurinud, kuidas silm areneb lootel, ning võrrelnud eri liikide silmade struktuure ja geene. Meie ja teiste selgroogsete silmatüüp võttis kuju vähem kui saja miljoni aasta jooksul ja arenes umbes 500 miljoni aasta eest lihtsast, ööpäeva ja aastaaja rütme tajuvast valgusandurist keeruliseks optika ja neuroloogia imeks.
600 miljoni aasta eest jagunesid bilateraalsed ehk kahepoolsed loomad kaheks – selgrootuteks ja selgroogseteks. Seejärel, niinimetatud kambriumi plahvatuse käigus, tekkis kehaplaanide hämmastav mitmekesisus. See peaaegu sada miljonit aastat kestnud protsess sünnitas siia ilma ka meie silma.
Tekkis kaks põhimõtteliselt erinevat silma. Esiteks liitsilm, mida näeme kärbestel, ämblikel ja koorikloomadel ehk üldisemalt lülijalgsetel. See on ühesuguste läätsede või peeglite süsteem, mis koondab valguse valgustundlikule vastuvõtjale. Trilobiidi liitsilm oli koguni ehitatud kivist, täpsemalt kaltsiidist ehk Islandi paost.
Liitsilm sobib väikestele
Liitsilm on väga tõhus väikestele elukatele – see pakub pisikeses ruumalas väikese lahutusvõimega laiapanoraamse nägemise. Suurtele loomadele liitsilm ei sobi, sest suure lahutusvõime saavutamiseks peaks see olema hiiglaslik. Kellele meeldiks käia ringi peasuuruste silmadega? Sestap pidi loodus leiutama teist, kaamera tüüpi silma. Sellel on üks lääts, mis koondab kujutise valgustundlikele anduritele.
Peale selgroogsete on kaamera tüüpi silmad ka kalmaaril ja kaheksajalal – kuid nende valgustundlikud andurid sarnanevad lülijalgsete omadega. Selgroogsetel täidavad andurite rolli koonused päevaseks ja kepikesed öiseks nägemiseks. Täpsemini – lõugsetel selgroogsetel, millest saab järeldada, et meie silm oli olemas 420 miljoni aasta eest, kui meres ujusid elukad, kes võisid meenutada nüüdseid haisid.
Et leida silma juuri, keskendusid Canberras asuva John Curtini meditsiiniuuringute kooli teadlane Trevor D. Lamb ja tema kolleegid ühe senini säilinud lõuatu olendi uurimisele. See on meile kõigile hästi tuntud ja paljudele maitsev elukas. Eesti keel pakub siin vahva vingerpussi ja nimetab seda olendit sama sõnaga, millega teda vaatavat elundit. Olend on silm ja elund on silm. Inglise keeli kannab see lõuatu sõõriksuu nime lamprey.
Ka silmul on kaamerataoline silm läätse, iirise ja silmalihastega. Selle võrkkestal on isegi kolmekihiline struktuur nagu inimsilmas ja valgustundlikud rakud meenutavad meie koonuseid, kuid tundlikumaid kepikesi tal ei ole. Geenid, mis juhatavad valguse tajumist ja info edastamist, sarnanevad lõugsete selgroogsete omadega. Sellest tehtigi järeldus, et kaamerataoline silm pidi olemas olema 500 miljoni aasta eest, kui lõugsed ja lõuatud lahknesid.
Silmumaimud on pimedad, nende nägemiselundi alge asub naha all. Kui maim elab üle metamorfoosi, areneb sellest elundist välja silm. Pisukese ettevaatlikkusega lähenedes võib näha silmu silma arengus lootest täiskasvanuni silma evolutsioonilist arengut. Seda enam, et imetaja loote algfaasis on võrkkest silmutaoline.
Kuigi kaamerasarnane silm pakub laia, 180-kraadise vaatevälja, suudab meie aju töödelda vaid tühise osa võrkkesta saabuvast infost, sest silma ja aju ühendab piiratud arv närvikiude. Algses kaamerasilmas oli neid ilmselt veel vähem. Nõnda ei jäänud üle muud kui edendada silmalihaseid, mis suudaksid silma liigutada. Sellised lihased pidid esinema juba 500 miljoni aasta eest, kuna nende asetus on silmu silmas umbes samasugune nagu inimsilmas.
Looduslik valik ei päädi perfektse lahendusega ja nii on ka silmal puudusi. Näiteks on võrkkest justkui pahupidi, nõnda et valgus peab enne valgustundlike fotoretseptoriteni jõudmist kogu selle paksuse läbima, kaotades oma jõudu hajumisel ja neeldumisel. Võrkkesta sisemisel pinnal olevad veresooned tekitavad asjatuid varje ja lisaks on võrkkestal veel pimetähn, millest jooksevad läbi närvikiud. Kuid see ei tähenda, et peaksime oma silma häbenema. Küllap on see ikka hea, sest ega muidu oleks kaheksajalg ja kalmaar endale meist sõltumatult samasuguse kaamerasilma välja arendanud.
Läks 500 miljonit aastat, enne kui inimsilma omanik leiutas seadme, mis ta enese silma üsna täpselt kopeerib ja isegi ületab. See on digitaalne fotokaamera, millel pole pimetähni ega varjutavaid veresooni. Kuid meie oma silm on siiski kuningas.
