眼睛的起源及演化

眼睛的起源及演化

　各門類動物的眼睛結構大不相同，演化生物學家曾一度認為眼睛是多次起源的，可是一種海生小蟲子的眼睛和人類的相像程度讓生物學家要重新考慮眼睛的起源。

　　達爾文在提出天擇說時，就意識到眼睛的演化會是他理論的一大難題。他認為眼睛是經過簡單而不完美的漸進步驟演化而來的，而且幾乎所有科學家也相信複雜的眼睛起源自單細胞的感光受器。

　　儘管各種動物的眼睛大小和形狀大不相同，主要還是兩種形式。脊椎動物眼睛中的感光細胞主要是錐細胞和桿細胞，無脊椎動物的則為彈狀細胞（rhabdomeric photoreceptors）。雖然無脊椎動物和脊椎動物都用視蛋白來感光，不過它們的序列大不相同。有些科學家認為眼睛是單次起源的，可是有些卻認為眼睛在無脊椎動物和脊椎動物中至少各自起源一次。

　　德國海德堡歐洲分子生物學實驗室的發育生物學家Detlev Arendt和Joachim Wittbrodt等人發現一種海生小蟲子除了視蛋白之外，牠們還含有另外一些和人類極為相似的蛋白質。這個發現意味著脊椎動物和無脊椎動物的眼睛都來自一個共同的祖先，無脊椎動物的感光細胞經過多次變化才變成脊椎動物的。

　　他們之所以會漟眼睛起源這渾水，是因為Arendt發現一種五億年中幾乎不變的活化石海生環節動物－－岩蟲（Platynereis dumerilii）的眼睛裡有看似錐細胞和桿細胞的感光受器。這類感光細胞只有在少數無脊椎動物中有發現過，例如在扇貝。可是那些觀察主要是基於形態。

　　Arendt等人除了形態之外，他們還比較基因和蛋白質。德國Philipps Univ.的Kristin Tessmar-Raible首先試圖找尋岩蟲的無脊椎動物視蛋白基因，可是卻徒勞無功。可是經過徹底的搜尋後，她發現岩蟲的視蛋白和無脊椎動物的有所不同，和脊椎動物的視蛋白比較相像。他們也從岩蟲的基因組中找尋脊椎動物視網膜同源匣蛋白質（homeobox proteins），結果果然在岩蟲腦中找到同源匣蛋白質。

　　這個發現讓無脊椎動物和脊椎動物的眼睛萬本歸宗。他們還認為兩個感光竹系統是起源自兩側對稱動物的共同祖先。

　　不過美國國家眼睛研究所的Joram Piatigorsky表示，雖然這個發現和眼睛單次起源的想法相符，不過卻並不代表所有動物的眼睛必定演化自一個動物。這還是個尚待解答的演化學問題。

原學術論文：Arendt D., Tessmar-Raible K., Snyman H., Dorresteijn A. & Wittbrodt J. Ciliary photoreceptors with a vertebrate-type opsin in an invertebrate brain. Science, 306. 869 - 871 (2004).