Göz Nasıl Evrimleşti? Işığa Duyarlı Bir Lekeden Kamera Gözüne

Şu an bu satırları okurken gözünün merceği ekrana odaklanmış durumda, göz bebeğin ortamdaki ışığa göre ayarlanmış ve retinandaki 100 milyonu aşkın ışık algılayıcı hücre beynine durmadan sinyal gönderiyor. Bu kadar karmaşık bir organ, adım adım nasıl ortaya çıkabilir?

Bu soru uzun süre evrim karşıtlarının en sevdiği sorulardan biri oldu. Oysa gözün evrimi, aslında evrim teorisinin en iyi anlaşılmış hikâyelerinden biri.

Darwin gerçekte ne dedi?

İnternette sık sık şu iddiayla karşılaşırsın: “Darwin bile gözün evrimleşmesinin saçma olduğunu itiraf etti.” Bu, bilim tarihinde bağlamından en çok koparılan alıntılardan biri.

Darwin, 1859’da yayımlanan Türlerin Kökeni’nin “Kuramın Güçlükleri” bölümünde gerçekten de şöyle bir cümle kurar: Odak ayarı yapabilen, farklı miktarlarda ışığı içeri alabilen ve görüntü bozulmalarını düzelten gözün doğal seçilimle oluştuğunu varsaymak, açıkça itiraf ettiği gibi, ona “son derece saçma” görünmektedir.

Ama cümle burada bitmez; asıl argüman burada başlar. Darwin hemen ardından aklının ona başka bir şey söylediğini ekler: Kusursuz ve karmaşık bir gözden çok basit ve kusurlu bir göze uzanan çok sayıda ara basamak varsa, her basamak sahibine yararlıysa ve bu farklılıklar kalıtsalsa, gözün doğal seçilimle oluştuğuna inanmanın güçlüğü, hayal gücümüze aşılmaz görünse de “pek gerçek sayılamaz”.

Yani Darwin bir itirafta bulunmuyor; okurun sezgisini önce dile getiriyor, sonra onu çürütüyordu. İlerleyen sayfalarda doğadaki ara göz tiplerinden örnekler verir. Bugün o ara basamakları çok daha iyi tanıyoruz.

Adım adım bir göz

Gözün evrimini anlamanın en iyi yolu, bugün yaşayan hayvanlardaki farklı göz tiplerine bakmak. Bunlar birbirinin doğrudan ataları değil; ama her ara aşamanın tek başına işe yarayabildiğini gösteriyorlar.

1. Işığa duyarlı leke

En basit “göz”, ışığı algılayan birkaç hücreden oluşan düz bir lekedir. Görüntü oluşturmaz; yalnızca aydınlıkla karanlığı ayırt eder. Ama bu bile değerlidir: Üzerinden bir gölge geçtiğini fark eden bir canlının avcıdan kaçma şansı artar.

2. Çukur göz

Leke içe doğru çukurlaşırsa, ışığın hangi yönden geldiği de anlaşılır, çünkü çukurun kenarları içerideki hücrelere farklı açılardan gölge düşürür. Planaryalar gibi yassı solucanların pigmentli çukur gözleri bu tipe güzel bir örnektir.

3. İğne deliği göz

Çukur derinleşip ağzı daraldıkça, karanlık bir odadaki iğne deliği kamera gibi, bulanık da olsa bir görüntü oluşmaya başlar. Bunun yaşayan örneği Nautilus: Bu kafadanbacaklının gözünde mercek ya da kornea yoktur; gözün içi doğrudan deniz suyuna açılır. Görüntü loş ve bulanıktır ama işe yarar.

4. Mercekli göz

Göz çukurunu dolduran saydam doku zamanla ışığı odaklayan bir merceğe dönüşebilir. Mercek hem daha çok ışık toplar hem de keskin bir görüntü oluşturur. Ahtapotların, balıkların ve senin gözün bu aşamanın örnekleri.

Her basamak, bir öncekinden biraz daha iyi görür. Darwin’in mantığı da buydu: Bulanık görmek, hiç görmemekten iyidir.

Ne kadar sürer? Nilsson ve Pelger’in hesabı

1994’te İsveç’teki Lund Üniversitesi’nden Dan-Eric Nilsson ve Susanne Pelger cesur bir soru sordu: Düz bir ışık algılayıcı hücre tabakasından, balık gözüne benzeyen mercekli bir kamera gözüne ulaşmak kaç nesil sürer?

Modellerinde gözün biçimini her adımda yalnızca %1 değiştirdiler: Önce leke çukurlaştı, sonra açıklık daraldı, en sonda da kırılma gücü merkezden kenarlara doğru kademeli olarak azalan bir mercek oluştu. Toplamda 1.829 adım gerekti.

Ardından her adımın kaç nesil süreceğini bilinçli olarak kötümser varsayımlarla hesapladılar. Sonuç yaklaşık 364.000 nesil çıktı. Küçük deniz hayvanlarında bir nesli bir yıl kabul edersek, bu yarım milyon yıldan kısa bir süre eder.

Bunu ölçeğe oturtalım. Bugünkü hayvan gruplarının çoğunun fosil kayıtlarına girdiği Kambriyen dönemi tek başına yaklaşık 53 milyon yıl sürdü. Bu hesaba göre mercekli bir göz, o sürede baştan sona 100’den fazla kez evrimleşebilirdi.

Modelin sınırlarını da bilmek gerek. Nilsson ve Pelger yalnızca gözün optik geometrisini hesapladı; retina, sinir bağlantıları ve beyindeki görme işlemleri modelde yoktu. Bazı eleştirmenler adımların nesle çevrilme biçimini de sorguladı. Yine de hesabın asıl mesajı sağlam: Göz gibi karmaşık bir organın evrimi için zaman bir engel değil.

Ahtapotun gözü seninkinden “daha düzgün”

İşte evrimin en çarpıcı örneklerinden biri. Ahtapot ve kalamar gibi kafadanbacaklılar ile omurgalılar, birbirinden bağımsız olarak, şaşırtıcı derecede benzer kamera gözleri geliştirdi. Buna yakınsak evrim (convergent evolution) denir. Ama içlerine bakınca önemli bir fark ortaya çıkar:

Omurgalı gözünde ışık algılayıcı hücreler retinanın en arka katmanındadır ve ışığa adeta sırtlarını dönmüştür. Işık onlara ulaşmadan önce sinir hücrelerinden ve kan damarlarından oluşan katmanları geçer. Sinir lifleri retinanın önünde toplanıp gözden çıkmak için retinayı deler. O noktada hiç algılayıcı hücre yoktur: İşte senin kör noktan.
Kafadanbacaklı gözünde ise algılayıcı hücreler doğrudan ışığa bakar ve sinirler retinanın arkasından çıkar. Bu yüzden ahtapotların kör noktası yoktur.

Neden bu fark? Çünkü iki göz embriyoda farklı yollardan gelişir. Omurgalı gözü beynin bir uzantısı olarak oluşur; kafadanbacaklı gözü ise baş yüzeyinin içe doğru katlanmasıyla. Evrim sıfırdan tasarım yapmaz, elindeki malzemeyi adım adım değiştirir. Bu yüzden ortaya çıkan çözümler geçmişin izlerini taşır.

Bu, omurgalı gözünün “kötü” olduğu anlamına gelmiyor. Retinanın arkasındaki pigment tabakası algılayıcı hücreleri besleyip yeniliyor; en keskin gördüğün sarı noktada (fovea) ise üstteki katmanlar kenara çekilerek ışığa yol açıyor.

Kör noktanı kendin de bulabilirsin. Bir kâğıda solda bir artı, yaklaşık 8 santimetre sağında da bir nokta çiz. Sol gözünü kapat, sağ gözünle artıya bak ve kâğıdı yavaşça yaklaştırıp uzaklaştır. Belli bir mesafede nokta kaybolacak. Beynin o boşluğu çevredeki desenle sessizce doldurur.

Ortak bir genetik alet çantası: Opsinler ve Pax6

Gözler pek çok kez bağımsız olarak evrimleşti; bazı tahminlere göre ışığa duyarlı organlar hayvanlarda 40 ila 65 kez ayrı ayrı ortaya çıktı. Ama derinde ortak bir miras yatıyor.

Birincisi opsinler. Hayvanlarda görme, opsin denen bir proteinin, A vitamininden türeyen retinal molekülüyle eşleşmesine dayanır. Işık retinalin biçimini değiştirir, bu değişiklik de hücrede bir sinyal başlatır. Böceklerden ahtapotlara, denizanalarından insana kadar gören hayvanların çoğu bu ortak sistemi kullanır. Opsin ailelerinin, iki yanlı simetrik hayvanların ortak atasında zaten çeşitlenmiş olduğu düşünülüyor.

İkincisi Pax6 geni. 1995’te İsviçreli biyolog Walter Gehring’in laboratuvarı, meyve sineğindeki eyeless genini sineğin kanat, bacak ve anten taslaklarında çalıştırdı. Sonuç olağanüstüydü: Bu bölgelerde fazladan, yapısal olarak normal görünen bileşik gözler oluştu. Üstelik bu gen, faredeki Small eye ve insandaki Aniridia genlerinin akrabasıydı; hepsi Pax6 ailesindendi.

Demek ki bir sineğin bileşik gözü ile bir memelinin kamera gözü, tamamen farklı yapılarına rağmen, gelişimlerini başlatan ortak bir genetik “ana anahtarı” paylaşıyor. Bunun ne anlama geldiği hâlâ tartışılıyor. Bazı bilim insanları tüm gözlerin tek bir ilkel prototipten geldiğini savunurken, bazıları eski bir genetik aracın farklı soylarda defalarca yeni gözler kurmak için kullanıldığını düşünüyor.

Fosillerdeki ilk bakışlar

Gözler kolay fosilleşmez, ama bazen şanslıyız. 2017’de PNAS’ta yayımlanan bir çalışmada, Estonya’da bulunan yaklaşık 530 milyon yıllık bir trilobitin (Schmidtiellus reetae) gözü incelendi. Bu, bilinen en eski gözlerden biri: 100’den az birimden (ommatidyum) oluşan, mercekleri neredeyse hiç gelişmemiş ilkel bir bileşik göz. Görüntüsü kabaydı ama avcıları ve engelleri fark etmeye yetiyordu.

Gözlerin ortaya çıkışı, avcıyla av arasındaki yarışı hızlandırmış olabilir. Bazı araştırmacılar bunun Kambriyen’deki hızlı çeşitlenmenin itici güçlerinden biri olduğunu düşünüyor, ama bu fikir tartışmalı. Hayvan soylarının nasıl dallandığını etkileşimli yaşam ağacımızda izleyebilirsin.

Gözün hikâyesi bize ne anlatıyor?

Gözün evrimi, “yarım göz ne işe yarar?” sorusuna verilmiş en güzel yanıtlardan biri. Karmaşık bir organ, her biri kendi başına işe yarayan küçük adımların birikimiyle oluşabiliyor. Bu adımların canlı örnekleri doğada hâlâ yüzüyor, sürünüyor ve uçuyor. Sen de her baktığında, retinandaki kör noktayla bu uzun tarihin bir izini taşıyorsun.

Özetle: Göz, ışığa duyarlı basit bir lekeden çukur göze, iğne deliği göze ve mercekli göze uzanan, her aşaması işe yarayan adımlarla evrimleşti. Hesaplar bunun jeolojik ölçekte kısa bir sürede mümkün olduğunu; opsinler ve Pax6 gibi ortak genler de gözlerin derin bir genetik mirası paylaştığını gösteriyor.

Kaynaklar

Darwin, C. (1859). On the Origin of Species, 6. bölüm: “Difficulties on Theory”. John Murray, Londra. Darwin Online
Nilsson, D.-E. ve Pelger, S. (1994). “A pessimistic estimate of the time required for an eye to evolve”. Proceedings of the Royal Society B.
Halder, G., Callaerts, P. ve Gehring, W. J. (1995). “Induction of ectopic eyes by targeted expression of the eyeless gene in Drosophila”. Science.
Lamb, T. D., Collin, S. P. ve Pugh, E. N. (2007). “Evolution of the vertebrate eye: opsins, photoreceptors, retina and eye cup”. Nature Reviews Neuroscience.
Gregory, T. R. (2008). “The Evolution of Complex Organs”. Evolution: Education and Outreach.
Schoenemann, B., Pärnaste, H. ve Clarkson, E. N. K. (2017). “Structure and function of a compound eye, more than half a billion years old”. PNAS.