Нейробиолог и инженер Малкольм А. Макивер из Северо-Запада и биолог-эволюционист и палеонтолог Ларс Шмитц из колледжей Клермонт Маккенна, Скриппс и Питцер изучили летопись окаменелостей и обнаружили, что глаза почти утроились в размерах до, а не после — перехода от воды к суше. . Утроение совпало со смещением глаз со стороны головы к макушке. Расширенный диапазон зрения через воздух, возможно, в конечном итоге привел к увеличению мозга у ранних наземных позвоночных и способности планировать, а не просто реагировать, как это делают рыбы.«Почему мы вышли на сушу 385 миллионов лет назад? Мы первые, кто думает, что видение может иметь к этому какое-то отношение», — сказал Макивер, профессор биомедицинской инженерии и машиностроения из инженерной школы Маккормика.
«Мы обнаружили огромное увеличение зрительных способностей у позвоночных незадолго до перехода от воды к суше. Наша гипотеза состоит в том, что, возможно, это были неизведанные рога изобилия пищи на суше — многоножки, многоножки, пауки и многое другое — что привело эволюцию к придумали конечности из плавников, — сказал Макивер. (Беспозвоночные пришли на сушу за 50 миллионов лет до того, как наши позвоночные предки совершили этот переход.)
Увеличение глаз значительное. Просто посмотрев эти глаза над уровнем воды, рыба могла видеть в воздухе в 70 раз дальше, чем в воде. С утроением размера глаза пространство, контролируемое зрительно, увеличилось в миллион раз. Это произошло за миллионы лет до того, как появились полностью наземные животные.
«Большие глаза почти бесполезны в воде, потому что зрение в значительной степени ограничено тем, что находится прямо перед животным», — сказал Шмитц, доцент биологии в W.M. Отделение науки Кека, совместная программа колледжей Клермонта МакКенны, Скриппса и Питцера.«Но больший размер глаз очень важен при просмотре через воздух. В эволюции это часто сводится к компромиссу.
Стоит ли метаболические потери увеличивать ваши глаза? В чем смысл?
Здесь мы думаем, что суть заключалась в возможности для поиска добычи на суше », — сказал он.Следовательно, были выбраны более крупные глаза, тогда как исследование показывает, что в воде большие глаза приводили к незначительному увеличению дальности зрения. Фактически, одна группа животных, которая возникла после того, как животные вышли на сушу, вернулась к полноценной жизни под водой, и их глаза вернулись к меньшему размеру глаз, обычно наблюдаемому у рыб, обнаружили Макивер и Шмитц.
Исследование «Значительное увеличение дальности видимости предшествовало происхождению наземных позвоночных» было опубликовано сегодня (7 марта) в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).Значительное увеличение зрительных способностей, вызванное зрением в воздухе, вероятно, позволило животным с ранними конечностями развить более сложное познание. Этих животных больше не заставляли реагировать со скоростью доли секунды, как того требовала жизнь в ограничивающей зрение воде.
В конце концов, по словам исследователей, эволюция привела к появлению у человека способности перспективного познания: способности взвешивать варианты будущего и делать стратегический выбор.Макивер и Шмитц изучили 59 образцов окаменелостей, охватывающих время до перехода вода-суша, во время перехода и после перехода.
Их компьютерное моделирование визуальной среды животных (например, прозрачная или мутная вода днем или над водой днем и ночью) показывает, что преимущество увеличения размера глаз будет реализовано, когда животное видит сквозь воздух, а не воду. .Исследователи измерили размер орбит или глазниц каждой окаменелости и длину головы. Исходя из этого, они определили размер глаз и размер самого животного.
Они обнаружили, что до перехода с воды на сушу средний размер орбиты составлял 13 миллиметров, а во время перехода средний размер составлял 36 миллиметров.«На утроение размера орбиты ушло 12 миллионов лет», — сказал Макивер. «Это временная шкала эволюции, которая поражает нас».
Благодаря междисциплинарному подходу Макивер и Шмитц смогли показать, что наши водные предки следовали информационному тросу, обеспечиваемому дальновидным зрением, к изобилию пищи на суше. Наши предки приземлились не на конечностях, а на глазах.