Čeští genetici odhalili jedno z překvapivých tajemství evoluce zraku. Prokázali, že obratlovci včetně člověka „opsali“ základní konstrukční prvky oka od primitivních živočichů z příbuzenstva medúz. Zprávu o jejich objevu otiskl dokonce prestižní vědecký časopis Proceedings of the National Academy of Sciences. 
Fotografie čtyřhranky trojité, jež byla předmětem výzkumu vědců, vedených Zbyňkem Kozmikem z Ústavu molekulární genetiky Akademie věd České republiky, zdobí i obálku tohoto amerického vědeckého žurnálu. Takové pocty se práci českých vědců dostává jen výjimečně.
Darwin a evoluce oka
Oko patří bezesporu k nejúžasnějším produktům evoluce. Někomu může připadat až příliš dokonalé na to, aby mohlo vzniknout nahromaděním náhodně vzniklých odchylek.
„Předpokládat, že oko se svou nenapodobitelnou důmyslností pro zaostřování na různé vzdálenosti, pro příjem různého množství světla a pro opravu sférické a chromatické aberace se mohlo vytvořit přírodním výběrem, se zdá být v nejvyšším stupni absurdní – což dobrovolně přiznávám.“
Autorem těchto slov není nikdo jiný než Charles Darwin. Otec teorie, podle které se pozemské organismy vyvíjely, vyvíjejí a i nadále budou vyvíjet přírodním výběrem, je napsal v roce 1859 ve svém životním díle O původu druhů. Najdeme je tu v kapitole nazvané příznačně Potíže naší teorie. Citovaná pasáž není Darwinovou rezignací, nýbrž promyšlenou obranou proti útokům, které přírodovědec celkem oprávněně očekával. Příklady z minulosti hovořily výmluvně.
„Když se poprvé objevilo tvrzení, podle kterého Země obíhá kolem Slunce, také zdánlivě odporovalo zdravému rozumu, i když bylo pravdivé,“ píše Darwin.
Ve prospěch evoluce dokonalého oka argumentuje věhlasný přírodovědec tím, že „existují početné stupně od jednoduchého oka k oku složenému dokonalému a že každý vývojový stupeň je pro svého majitele užitečný“.
Oko nevzniklo najednou. Vyvíjelo se postupně a jeho evoluce se ubírala různými cestičkami.
„Když víme, že oko bylo proměnlivé a jeho odchylky dědičné, pak by neměl být považován za popření naší teorie nesnadno uvěřitelný fakt, že dokonalé a složené oko bylo vytvořeno přírodním výběrem,“ píše Darwin v knize O původu druhů.
Kde najdeme kořeny oka?
Podstatu procesů, které formovaly vznik a zdokonalování oka, Darwin ve své době nemohl znát. Ty jsou odhalovány teprve v poslední době díky pokrokům molekulární biologie a genetiky. A historie se opakuje. Mnohé z objevů přinášejí svým autorům těžký šok a nutí je zcela přehodnotit dosavadní „rozumné“ představy.
Neuvěřitelná pestrost stavby oka mezi živočichy, dovedla biology například k závěru, že oko vzniklo mnohokrát nezávisle na sobě. Počátky lidského oka s oční komorou, duhovkou sloužící jako clona, světločivnou sítnicí a čočkou dovolující zaostření obrazu měly být jiné než počátky oka mouchy složeného z mnoha drobných oček. Oko bezobratlých hlavonožců – chobotnic, olihní a sépií – se na první pohled podobá oku obratlovců. Stejně jako my, se i chobotnice dívá na svět okem s čočkou, duhovkou, sítnici a oční komorou. Přesto se v mnoha ohledech oko chobotnice od lidského liší a vědci předpokládali, že vzniklo zcela nezávisle na oku obratlovců.
Před více než deseti lety přišel jako blesk z čistého nebe objev genu Pax6, který spouští základní procesy tvorby oka u nejrůznějších organismů. Gen Pax6 byl „okotvorným“ genem u obratlovců, hlavonožců i hmyzu. Potvrdily to bezmála hororové experimenty, pří kterých byl gen Pax6 vypůjčený z myši vpraven do mušky octomilky. Organismus hmyzu poslechl instrukce myšího genu a vytvářel složené hmyzí oči tam, kam vědci gen z myši vpašovali. Octomilky nesly přídatná očka například na noze nebo na hrudi. Teorie, podle které se oko v přírodě vyvinulo nezávisle na sobě zhruba padesátkrát, byla rázem jen těžko udržitelná a nahradila ji teorie o společném původu oka všech živočichů.
Co prozradila čtyřhranka?
Český genetik Zbyněk Kozmik z Ústavu molekulární genetiky AV ČR, významně zasáhl do poznání evoluce oka spolu se švýcarskými a americkými kolegy už v bouřlivých dobách objevů týkajících se genu Pax6. Zabýval se vývojem oka primitivního živočicha čtyřhranky trojité (Tripedalia cystophora). Zhruba půlcentimetrového mořského tvora řadí zoologové mezi žahavce. Patří tedy do příbuzenstva medúz, mořských sasanek nebo korálů. Ze všeho nejvíce připomíná čtyřhranka trojitá maličkou medúzu z čtyřhranným „kloboukem“. Žije v pobřežních vodách Mexického zálivu a navzdory drobným rozměrům je to aktivně lovící dravec. Při honbě za potravou vyvine rychlost až 2 metry za sekundu. K vyhledání kořisti potřebuje dobrý zrak, a tak ji příroda vybavila celkem čtyřiadvaceti očima. Oči má čtyřhranka na klobouku nahlučeny po šesti do celkem čtyř útvarů zvaných rhopalia. Každé rhopalium obsahuje čtyři očka poměrně jednoduché konstrukce a k tomu ještě dvě oči, které svou stavbou nápadně připomínají komorové oko vývojově mnohem dokonalejších tvorů. Oči přinášejí čtyřhrance celou řadu výhod, i když postrádá mozek, kterým by informace z očí nějak dál zpracovávala.
Společný základ oka a ucha
Zbyňka Kozmika zajímalo, jestli čtyřhranka řídí vznik oka genem Pax6. Ukázalo se, že tento primitivní tvor tradiční „okotvorný“ gen postrádá. Místo něj vlastní evolučně starobylý gen PaxB. Také tento gen uvádí do činnosti celou řadu dalších genů nutných k vytvoření oka. Kromě toho však řídí i tvorbu orgánu, jenž je předobrazem sluchového a rovnovážného ústrojí vývojově pokročilejších tvorů.
Český genetik spolu se zahraničními kolegy zjistil, že gen PaxB měl zajímavý osud. U evolučně vyspělejších tvorů se tento gen zdvojil a každá jeho kopie začala plnit poněkud jinou úlohu. Jedna se proměnila na okotvorný gen Pax6. Druhá se proměnila na gen Pax2, který řídí vývoj vnitřního ucha. Zrak, sluch a smysl pro rovnováhu jsou dnes zcela samostatné smysly. Zbyněk Kozmik odhalil, že mají společné kořeny. Jeho objev zároveň vnesl jasno do záhady některých dědičných postižení, kdy porucha jediného genu poškozuje jak zrak, tak i sluch. Není divu. Tyto geny byly kdysi pod velením genu PaxB a pracují jak v sítnici oka tak i ve vnitřním uchu.
Mezinárodní tým na stopě
Na jedné straně má oko mnoha tvorů společný genetický základ. Na druhé straně však u nich často probíhá vývoj tohoto orgánu zcela jedinečným způsobem. To se promítá i do vlastností základních stavebních prvků oka.Všechny typy očí mají dvě nepostradatelné komponenty – molekuly, které zachycující světlo a mění energii fotonů na signály využitelné buňkou, a dále pak pigmenty, jež mají za úkol optimalizovat dráhu dopadajícího světla. Oči obratlovců a bezobratlých živočichů se liší jak typem světločivných molekul, tak i typem očních pigmentů.
A z čeho si „staví“oči čtyřhranka? Pod vedením Zbyňka Kozmika hledali odpověď na tuto otázku dlouhých šest let čeští genetici Jana Růžičková, Kristýna Jonáková, Pavel Vopálenský, Iryna Kozmiková, Hynek Strnad, Václav Pačes a Čestmír Vlček z ÚMG AV ČR spolu s japonskými kolegy Yoshifumim Matsumotem a Shojim Kawamurou z university v Tokiu a americkým genetikem Joramem Piatigorskym z amerického National Institute of Health.
Jak člověk opsal oko
Náročné genetické experimenty vyústily v doslova šokující odhalení. Základní stavební prvky oka čtyřhrany – světločivné molekuly a oční pigmenty – se ze všeho nejvíce podobají komponentám oka obratlovců. Od složek očí bezobratlých tvorů se významně liší.
Žahavci patří k nejprimitivnějším živočichům, kteří se záhy oddělili od evoluční větve vedoucí k dalším bezobratlým tvorům a následně i k obratlovcům. A tak se nabízí otázka, zda je podobnost v konstrukci oka čtyřhranky a obratlovců důsledkem toho, že zdědili oko od jakéhosi ještě primitivnějšího společného předka? Vědci z týmu Zbyňka Kozmika upřednostňují jiné vysvětlení. Nashromáždili indicie, kterými dokazují, že oči čtyřhranky a obratlovců získaly shodné světločivné bílkoviny a oční pigment nezávisle na sobě. Je to jako kdyby příroda při evoluci oka obratlovců nakoukla do oka čtyřhranek a základní konstrukční prvky „opsala“. Jak taková evoluční špionáž probíhá? Předci dnešních čtyřhranek i předchůdci obratlovců si nesli ve své dědičné informaci podobné geny, které jim původně sloužily k jiným účelům než k vnímání světla. Naléhavá potřeba sledovat dění kolem si u obou skupin živočichů vynutila sérii evolučních změn, jež vyústila ve vznik očí. Některé geny byly pro tyto účely vhodnější a jiné se nehodily. Shodou okolností se ukázala jak u čtyřhranek tak i obratlovců jako nejschůdnější evoluce využívající velmi podobné geny. Podle nich si obě skupiny živočichů vytvořily světločivné molekuly a oční pigmenty.
Jaké jsou nedokonalosti oka?
Charles Darwin zmiňuje dvě hlavní vady oka, které evoluce dokázala kompenzovat.
1) Sférická aberace vzniká v důsledku odlišného lomu světelných paprsků v různých částech čočky. Na okrajích čočky se paprsky lámou více než v jejím středu. V důsledku toho se všechny paprsky neprotínají v jednom bodě a obraz je rozostřený.
2) Chromatická aberace neboli barevná vada vzniká v důsledku odlišného lovu světla s různou vlnovou délkou. Nejméně se láme dlouhovlnné světlo z červené části spektra. Nejvíce se naopak láme krátkovlnné světlo z fialové části spektra. V důsledku barevné vady vzniká barevný lem na ostrých rozhraních mezi světlem a stínem.
Lidské oko má 130 milionů buněk
Sítnice lidského oka obsahuje 130 milionů světločivných buněk. Ty reagují na dopadající světlo a dráždí nervové buňky. Těch se v sítnici lidského oka nachází 1,2 milionu. Ze všech nervových buněk přecházejí nervové vzruchy do očního nervu, kterým informace o obrazu putuje do mozku.
Čtyřhranka má nebezpečné příbuzenstvo!
Čtyřhranka trojitá je neškodná. Má však několik slavnějších a nebezpečnějších příbuzných.
Patří k nim čtyřhranka Barnesova (Carukia barnesi) zvané též irukandži. Tento drobný živočich žije v teplých mořích na severu Austrálie. Její klobouk má průměr nejvýše 2,5 cm. Ramena opatřená žahavými buňkami se však mohou natáhnout až do délky 1 metru. Neopatrnému plavci uštědří irukandži velmi bolestivá žahnutí. Smrt způsobí čtyřhranka Barnesova jen výjimečně.
Mnohem nebezpečnější je čtyřhranka Fleckerova (Chironex fleckeri). Její klobouk dorůstá velikosti basketbalového míče. Má patnáct ramen, která se mohou natáhnout až do délky tří metrů. Jediná čtyřhranka Fleckerova nese dost jedu, aby během tří minut usmrtila 60 lidí. Proti jedu čtyřhranek není lék ani antisérum.
