La evolucion de la vision

1- Con cual frase se identifica mas

A-El ojo es la mejor prueba de diseño inteligente

B- No hay mejor explicacion qué la mano de un creador divino

C- El ojo es el resultado de un largo proceso evolutivo

2- La vida en la tierra comenzó

A- 6000 años 

B- 4 billones de años

C- 100.000 años

3-Homo sapiens cómo especie tiene

 A- 1 a 2 millones de años

B- 6.000 a 10.000 años

C- 100.000 años

La representación de la evolución en casi todas las gráficas y libros suele darnos una idea equivocada de la escala. Para nuestros cerebros acostumbrados a días, años o siglos es muy difícil  entender la dimensión del tiempo y por tanto la lentitud de la evolución. La imagen superior muestra la representación de la evolución en un texto tipico del tema. Aunque los números están, la escala no es proporcional. Puede verse en esa imagen que los unicelulares ocupan la mitad de la evolución de la vida y los primeros multicelulares casi la otra mitad, cuando en realidad la vida se comienza a hacer compleja solo en los últimos 500 millones de años y el hombre aparece en el último millón.  Un ejercicio que ayuda a entender la dimensión del tiempo consiste en estirar los brazos e imaginar que abarcan la evolución de la vida. Desde el inicio en la punta de la mano izquierda hasta el codo del brazo del brazo derecho, se ubica la vida bacteriana. Los dinosaurios aparecen en la segunda falange del anular de la mano derecha. Los  primates en la parte de la uña qué se corta y el hombre en el polvo que se lima.

Otra forma de hecer un ejercicio es imaginar que si Ud. apila las fotos de todos sus ancestros, como en este caso: padre, abuelo, bisabuelo, tataratatara  va construyendo una torre de fotos. En la primera esta Ud., en la ultima estará su tatara 20 millones, abuelo que es un pescado. 

Antes de llegar a la altura de un edificio de 100 pisos, la pila se ha inclincado. De hecho necesitaria 180 edificios uno encima de otro para acomodar todas las fotos. Asi que mas bien imaginamos que las ponemos una al lado de la otra en una carretera que ahora tiene 70 kms de largo. 

Imaginemos la fila de fotos cómo la de este tren y la correlacionamos con la raya amarilla.  El tren que vemos aqui tiene 1 km. Si en vez de vagons ponemos fotos podemos imaginar mejor el tiempo. Si sacamos la foto del  abuelo 400  es un hombre como cualquiera de ahora que estaba comenzando a vivir en aldeas y a cultivar. Afeitado y con vestimenta actual se podría confundir con cualquiera de nosotros. Si nos vamos al abuelo  4000, qué era recolector cazador, todavía lo podríamos vestir y educar y eventualmente reproducir con el, aunque se vería un poco rudo. Ya  el 40,000 se comienza a ver distinto, nos cuesta trabajo reconocerlo como humano y es posible que ya no sea posible la reproducción con nuestra especie.  Si en cualquier momento sacamos fotos de los que estan a pocos miles de distancia entre si, encontraremos que todos son muy parecidos y podrían reproducirse entre ellos. Si seguimos hasta el 4 millones encontraremos los primeros primates y así sucesivamente, primeros mamíferos, primeros anfibios y eventualmente el primer pescado cuando llegamos al abuelo 20 millones.  Y aún estamos muy lejos de nuestro ancestro ultimo qué esta a 160 millones de generaciones. Si esta dimensión no se entiende, no se entendera la evolución.  Siempre los cercanos serán muy parecidos pero cuando saltamos millones de años nos econtraremos con nuevas especies. Esto se ha estimado con duracion de cada generación de 25 años, por lo que resulta muy impreciso ya que en la medida en que vamos hacia atras la duración de la vida de los individuos era menor. Así que se puede asumir que las generaciones podrían estar en varios cientos de millones.

El arbol filogenetico explica el camino evolutivo pero no nos da una vision adecuada del tiempo.

Vamos a saltar los 1500 millones de años en los que las bacterias fueron la unica forma de vida desde el origen de la vida. Eventualmente  los unicelulares, no solo se dividen para formar otros igual a ellos, sino que comienza la duplicacion celular a quedarse integrada con la original y se da inicio a la formacion de  organismos complejos.

En la medida en qué los primeros organismos multicelulares se hacen cada vez mas complejos aparece la ventaja evolutiva de los sentidos, Relacionarse con el ambiente mejor implica ver, oir,oler  tocar, probar, asi qué los organismos complejos qué desarrollan estos sentidos, van mejorando sus posibilidades de sobrevida. La sofisticacion de los sentidos representa una ventaja evolutiva  De todos los sentidos, la vision resulta ser el mas util, cómo todo el mundo intuitivamente sabe. El tacto, gusto y olfato requieren cierta cercania. El oido permite un poco mas de distancia, pero lo que de verdad abre el mundo es la vision. Ver a grandes distancias y en detalle se convierte en la principal ventaja evolutiva.Por eso, cuando aparecen los primeros ojos complejos en el cámbrico hace 500 millones de años se da una explosión de diversidad.En solo 25 millones de años se pasa de unos pocos fila a más de 40. 

El 40% de la masa cerebral esta dedicada a procesar vision y el 70% de la actividad tiene qué ver con vision. Asi qué la vision es la qué mas presion evolutiva recibe y la formacion de ojos toma muchos caminos complejos. En la medida en qué los ojos mejoran, se puede percibir en detalle el mundo qué  nos rodea, a gran distancia, en la oscuridad, en colores y con un campo amplio. Estos son todos valores qué agregan ventaja de supervivencia. 

Analicemos  la complejidad del ojo de los vertebrados. Como es posible que semejante finura de aparato con estrucuras transparentes, sistema de enfoque, control de luz y sofisticacion de millones de fotoreceptores sea producto de la evolucion natural. No es eso solo evidencia de un diseño inteligente? Pero miremos un detalle del ojo que no nos habla de diseño, por lo menos inteligente. Porque el cableado de los fotoreceptores, sale hacia adelante, el sentido de donde viene la imagen, creando una barrera de tejido entre los fotoreceptores y la luz. Ningún ingeniero inteligente ha diseñado una camara asi. Los fotoreceptores estan adelante y los cables salen por detras. Cual es la explicación? La evolución.

Un argumento comun contra la evolucion es sostener que no se puede creer en ella porque no se ha visto. Si eso es asi es porque no se han mirado los cientos de ejemplos que hay en el mundo vegetal y animal de evolucion dirigida por el ojo o las necesidades de los humanos y no por la seleccion natural en la que solo importan las caractaristicas que mejoran la supervivencia y reproduccion.

Lo primero que ocurre es que organismos unicelulares, desarrollan en su pared proteínas que responden a la luz. Un siguiente paso evolutivo es que se forma pigmento detrás de esas proteínas sensibles y de esa manera se puede orientar el sentido de la luz. Los primeros organismos multicelulares complejos desarrollan un sector donde hay células especializadas en responder a la luz. Aunque hay varias proteínas responsables las mas comunes y que prevalecen en casi todos los animales son las opsinas. Al transformarse de estado cis a trans generan una corriente. Los organismos complejos comienzan a tener sistema nervioso que procesa esos mensajes y por tanto se conectan nervios a puntos de sensibilidad lumínica.

El siguiente paso evolutivo es la formación de la copa óptica que ya permite definir con mas precision de donde viene la luz o claridad y da la ventaja evolutiva de la orientación.

Luego, hace 400 millones. se forma la copa optica qué forma una imagen vaga. Persiste hasta el día de hoy en los nautilus. Un ojo muy primitivo que forma una esfera con un pequeño agujero por donde entra la imagen y se proyecta en la camara. Para la profundidad y pocas luz, es suficiente para sus necesidades y no evolucionó adicionalmente. El Nautilus lleva 400 millones de años con el agua de mar entrando libremente a su "cavidad vitrea" (en realidad no hay vitreo ni estructuras de enfoque. 

Si los fotoreceptores se ubicaron en un sector, bastaba con una incurvacion de la pared para producir un efecto lente.

EL CRISTALINO evoluciona de una invaginacion de esa capa epitelial y se convierte en una gran ventaja adicional por la posibilidad de enfocar a distintas distancias en el aire. En el agua la deteccion del ambiente podia depender mas de ondas acusticas y olfato. Al salir del agua, la vision se vuelve mucho mas importante

Luego aparece la invaginacion de tejido pigmentado que controlado por un fino musculo va a permitir la regulacion de la luz al ampliar o disminuir el agujero por el cual entra la luz. Esto confiere la gran ventaja de poder funcionar de noche (pupila dilatada) y de dia (pupila estrecha). Todos cambios que gradualmente van dando mejor oportunidad de supervivencia a los que la van desarrollando y transmitiendo.

Los cefalópodos tienen una retina "al derecho", donde los fotorreceptores están orientados directamente hacia la luz y no hay otras células sobre ellos que interfieran con la trayectoria de la luz. Esto permite una detección de luz más directa y potencialmente una menor distorsión óptica. La evolución de este tipo de ojo tiene ventajas en el medio acuático, donde la claridad y la precisión en la detección visual son cruciales para la supervivencia.

La retina de los vertebrados está compuesta por varias capas de células, incluyendo los fotorreceptores. La luz tiene que pasar a través de varias capas de células nerviosas antes de llegar a los fotorreceptores. Los fotorreceptores están orientados hacia la parte posterior del ojo, con sus segmentos fotosensibles (los conos y bastones) apuntando hacia el interior del ojo, alejados de la luz. A pesar de que esta configuración podría parecer menos eficiente, ya que la luz debe atravesar varias capas de tejido antes de ser detectada, tiene ciertas ventajas evolutivas:

Protección y nutrición: Las células de la retina que están frente a los fotorreceptores proporcionan soporte estructural, nutricional y funcional. Además, esta configuración protege a los fotorreceptores del daño directo de la luz intensa.

Calidad de la imagen: A pesar de la aparente desventaja óptica, los vertebrados tienen mecanismos para reducir la dispersión de la luz y optimizar la calidad de la imagen, como la presencia de células de Müller que actúan como guías de luz hacia los fotorreceptores.

Por ultimo, la disposición de la retina al revés se debe a la manera en que el ojo y la retina se desarrollan embriológicamente en los vertebrados. La retina se forma a partir del tejido neural, específicamente del pliegue y extensión del tubo neural durante el desarrollo embrionario, lo que lleva a esta disposición particular de las células

Por la dificultad de la fosilizacion de los ojos, no hay claridad en que etapa evolutiva el ojo de los invertebrados, evoluciona de una retina con los fotoreceptores adelante a una retina con los fotoreceptores mirando hacia atras. Se entiende como ocurrio y los pasos de la embriologia demuestra como fue el proceso. En "retina al reves" se explica en mas detalle las ventajas que representó y por que fue un camino evolutivo que siguieron la mayoría de los animales con ojo cameral. Asi como la compeljidad del ojo crea la ilusion de diseño inteligente, en la que se apoyan los creacionistas, la retina invertida es prueba indiscutible de la evolucion. 

Aun si se usa la definición qué define que tiene que formarse imagen para que algo se llame ojo,  la evolución ha tomado 8 caminos distintos para crear igual numero de mecanismos de ojos, y algunas especies, logran tener varios estilos. Aunque sólo un tercio de los phylum tienen ojos, estos representan el 92% de las especies mostrando la gran ventaja evolutiva qué significa ver.

Los ojos tienen dos categorías: compuestos y de cámara

Los de cámara pueden no tener ningún lente y solo ven sombras.(nautilus.) El lente puede ser mayoritariamente cornea,(arañas), cristalino ( algunos cefalópodos) o ambos (la gran mayoría de los vertebrados), o puede tener un espejo qué refleja la imagen a los fotoreceptores que están por delante (vieiras) Este pudo ser un camino evolutivo que determinó que la luz debía atravesar los receptores para llegar a formar una imagen cuya transmisión eléctrica se hace de atrás hacia adelante, para organizar las fibras de conducción por delante de los fotorreceptores y salir hacia el sistema nervioso hacia atrás a través del nervio óptico creando una mancha ciega.

Los compuestos pueden ser sencillos recibiendo directamente la luz para ver sombras, ( bivalvos) o pueden tener microlentes aposicionados (insectos) o separados.(invertebrados, krill) También pueden ser reflectivos( langostas, langostinos)

Ejemplos de los distintos caminos evolutivos qué siguieron los ojos. Estas son las distintas formas de ojos camerales. En una misma familia o especie puede haber distintos tipos de ojos y un modelo de ojo se puede encontrar en especies muy diversas. Estos son solo ejemplos de la gran variedad de principios y formas en qué evoluciono la vision

Tambien los ojos compuestos siguieron caminos evolutivos distintos. Desde simples fotoreceptores sin ningun sistema de enfoque, hasta los que tienen microlentes para cada unidad sea pegada o separada de los fotoreceptores. Tambien se observa el desarrollo del ojo en espejo en el que la luz se refleja en un cristal que forma un espejo y devuelve la imagen anteriormente, amplifiando su intensidad.

Dentro de los eslabones claves, las cianobacterias ubicuas (alfas azules-verdes) fueron los primeros organismos con cierto grado de organización, apareciendo entre 3.5 y 2.5 millones de años atrás. Característicamente estas bacterias poseían propiedades fotorreceptoras dada la incorporación de clorofila, la cual se organizaría más adelante en orgánulos más complejos como son los cloroplastos. 

Como vemos en la imagen, estas estructuras se componen de un sistema de membranas donde las tilacoides formadas por granas corresponden con el sitio donde se ubica la clorofila, mientras que el estroma corresponde con la localización donde se aloja el material genético del microorganismo. 

De este modo, estas nuevas  funciones biológicas podría resumirse en dos fases: una donde la luz solar excita los electrones de la clorofila presente en las granas, pasando hacia una cadena de transporte que finalmente generaría ATP y NADPH, y degradando el agua presente en el ambiente hacia la formación de moléculas de oxígeno. Mientras en la otra, las moléculas de ATP y NADPH ingresan al ciclo de Calvin para finalmente convertir el CO2 abundante en la atmósfera, en glucosa. 

La importancia de estos procesos radica en que, la atmósfera fue progresivamente reemplazando su composición hacia una cada vez, mayor concentración de niveles de oxígeno.

En este punto vale la pena hacerse una segunda pregunta y es: ¿por qué las opsinas fueron esa molécula transversal a todos los cambios evolutivos posteriores?,  sabiendo que hasta el día de hoy siguen siendo la principal proteína sensorial indispensable para la fotorrecepción.

La respuesta radica en su potencial adaptativo y su capacidad para reaccionar ante diferentes longitudes de onda que varían entre la luz azul, ultravioleta, verde y roja, tan variables ante condiciones atmosféricas cambiantes.

Si vemos su microarquitectura, las opsinas poseen una estructura flexible que les permite realizar cambios conformacionales indispensables para las rutas de señalización celular. 

Están asociadas con cromóforos como el retinal mediante uniones covalentes, cuya interacción, al absorber un fotón (retinal), permite un cambio en su conformación de la forma cis a trans, llevando a la modificación completa de la estructura de la rodopsina. Con esta activación se libera la transducina, cuyas subunidades se disocian en alfa y βγ que se une a una molécula de GTP, liberado GDP. La subunidad alfa se mueve y se adhiere a la fosfodiesterasa, que cataliza la reacción que origina GMPc, el cual va a inducir el cierre de los canales de sodio en la membrana de la célula fotorreceptora. La reducción en el ingreso de sodio conlleva entonces a una hiperpolarización de la membrana celular fotorreceptora, evitando la liberación de moléculas hacia las células adyacentes, regulando así la cantidad de señales procesadas. 

Ante todas estas ventajas, la codificación para este grupo de proteínas fue una de las características que se empezaron a transmitir horizontalmente entre microorganismos distantes, llevando así a la herencia de estas características genéticas. 

La formación e interpretación de imágenes tiene qué ver con el diseño del ojo y la integración a un sistema nervioso con capacidad de análisis, memoria y respuesta. Desde el punto de vista bioquímico, la formación de capas en el extremo activo de los fotorreceptores, determina la regeneración de opsinas y cromóforos para poder generar un nuevo mensaje electrico en décimas de segundo y asi poder seguir el movimiento. La distribucion de los fotoreceptores en los ojos camerales y de los ojos compuestos, determina la orientación de la luz.

Mecanismos cómo regulación  y captación de la luz, enfoque variable, movimientos oculares determinan muy diversas adaptaciones evolutivas.

El tarsero filipino tiene dos clases de bastones y los ojos son tan grandes que ocupan la mitad de la cabeza. Esta es una adaptación para ver de noche

En el camaleón pantera los ojos pueden mirar en diferentes direcciones, capacidad que le sirve para orientarse en el ambiente tridimensional arbóreo.

La mayoría de los depredadores tienen ojos frontalmente. Esta disposición ocular es una adaptación que maximiza la capacidad de los depredadores para cazar con eficacia, ya que les permite evaluar con precisión las distancias y coordinar movimientos rápidos y precisos

Los ojos lateralmente situados estan como su nombre lo indica a los lados de la cabeza, lo que le maximiza su capacidad de detectar amenazas en el entorno y les confiere una ventaja en términos de supervivencia. Son una característica mas común en presas que en depredadores. Sin embargo, algunos depredadores tienen ojos en posiciones intermedias que les proporcionan una combinación de campo de visión amplio y percepción de profundidad.

La percepción del color representa una gran ventaja evolutiva que determina dos caminos. Uno es usar los colores para llamar la atencion, usado en pajaros e insectos y facilitar la reproducción. El otro es ocular el color camuflándose con el entorno usado en gran cantidad de animales, lo que permite ocultarse a plena vista para evadir depredadores o para engañar presas. 

En la percepcion de colores se da la evolucion en todas las categorias: mono, bi tri y tetracromaticos (4 tipos de conos). Muchos animales son mono y bi. El hombre es tri y hay variantes en humanos con 4 tipos de conos asi como hay animales como pájaros o reptiles que captan ultravioleta.

Cuando no hay luz los ojos pueden involucionar hasta desparecer cuando la vida es entornos muy oscuros entornos muy oscuros cómo en este caso de la Salamandra de cuevas. Tambien ha ocurrido  evolución de otros métodos de “ver” cómo la sofisticada ecolocalización de los murciélago, tan precisa que se asemeja a los mas sofisticados radares que ha sido capaz de desarrollar la tecnologia. Permite el vuelo y la ubicacion de presas en la oscuridad de la noche y de las cuevas. 

Las ballenas y los delfines tambien han evolucionado a sistemas de ecolocalizacion sofisticados que reemplazan la vision en entornos muy turbios como ciertas areas marinas o de los rios. Otras alternativas de deteccion la usan las anguilas creando campos electricos para deteccion y ya que han desarrollado capacidad para generar electricidad, la usan tambien como arma. Ciertas serpientes tienen ademas de los ojos organos de deteccion de calor, captando las ondas de rayos infrarojos.