چشم چگونه فرگشت یافت؟

داروین خودش مشکل را مطرح کرد

چشم معروف‌ترین ایراد به فرگشت است. قدیمی‌ترین هم هست، و کسی که آن را بهتر از همه بیان کرد چارلز داروین بود.

داروین در «خاستگاه گونه‌ها» (On the Origin of Species)، که در سال 1859 منتشر شد، درباره اندام‌های بسیار کامل نوشت. چشم را با همه تنظیم‌هایش برای کانون و نور توصیف کرد و گفت فرض این‌که انتخاب طبیعی آن را ساخته باشد «به بالاترین حد ممکن پوچ» به نظر می‌رسد.

مردم هنوز آن جمله را نقل می‌کنند. معمولاً همان‌جا می‌ایستند.

داروین همان‌جا نایستاد. در جمله‌های بعدی بلافاصله پاسخش را داد. گفت عقل می‌گوید اگر بشود نشان داد رشته‌ای از درجه‌ها از یک چشم ساده تا یک چشم پیچیده وجود دارد، و هر درجه برای صاحبش مفید است، و چشم‌ها تنوع دارند و این تنوع‌ها به ارث می‌رسند، آن‌گاه این دشواری ایراد واقعی به نظریه نیست. فقط برای تخیل ما ناممکن به نظر می‌رسد.

داروین مشکل را مطرح می‌کرد تا حلش کند. درست فکر می‌کرد که پاسخ در رشته‌ای از مرحله‌های مفید است. کاری که در 1859 نمی‌توانست بکند فهرست کردن همه آن‌ها بود. ما امروز می‌توانیم.

این ایراد واقعاً چه ادعایی دارد

نسخه امروزی این استدلال نامی دارد: پیچیدگی تقلیل‌ناپذیر (irreducible complexity). این اصطلاح را زیست‌شیمی‌دان مایکل بیهی (Michael Behe) در کتابش «جعبه سیاه داروین» (Darwin’s Black Box) در سال 1996 رایج کرد.

ادعا این‌طور است. بعضی ساختارها همه بخش‌هایشان را هم‌زمان در حال کار لازم دارند. اگر هر بخشی را برداری، کل چیز از کار می‌افتد. پس راهی تدریجی به آن‌ها نیست، چون مرحله‌های میانی بی‌فایده می‌بودند، و انتخاب طبیعی نمی‌تواند چیزی بی‌فایده را نگه دارد.

درباره چشم، ادعا این است که نیم‌چشم اصلاً چشم نیست.

این ادعایی روشن است، و این چیز خوبی است، چون ادعای روشن را می‌شود وارسی کرد. وارسی ساده است. آیا نیم‌چشم کار مفیدی می‌کند؟ اگر چشم‌های ساده‌تر کار کنند، استدلال شکست می‌خورد.

رشته‌ای کارآمد، که همه‌اش امروز زنده است

بخش شگفت‌انگیز این‌جاست. برای این کار فسیل لازم ندارید. حتی مدل رایانه‌ای هم لازم ندارید. برای هر مرحله می‌توانید به جانوران زنده اشاره کنید.

1. یک لکه حساس به نور

با یک لکه تخت از سلول‌هایی شروع کنید که به نور واکنش نشان می‌دهند. عدسی نیست. جام نیست. اصلاً تصویری نیست. فقط می‌تواند نور را از تاریکی تشخیص دهد.

Euglena، موجودی تک‌سلولی در برکه‌ها، یک لکه چشمی دارد با ناحیه‌ای حساس به نور در کنارش. با آن به سوی نور شنا می‌کند، که وقتی غذایتان از فتوسنتز می‌آید مهم است.

حتی همین حسگر ضعیف مفید است. نور و تاریکی به جانور درباره روز و شب، عمق در آب و سایه‌ها خبر می‌دهد. سایه‌ای که روی شما می‌افتد اغلب یک شکارچی است.

2. یک جام جهت می‌دهد

حالا لکه را به درون خم کنید و با رنگدانه تیره آستر کنید.

ناگهان حسگر می‌داند نور از کدام سو می‌آید، چون لبه برآمده یک سو را سایه می‌اندازد. کرم‌های پهنی مثل پلاناریا دقیقاً همین را دارند: دو جام رنگدانه‌دار که جهتی خام می‌دهند. برای همین یک پلاناریا می‌تواند از نور دور بخزد، نه این‌که فقط متوجه‌اش شود.

جهت در مقایسه با روشنایی ارتقای بزرگ است. و تنها تغییر لازم یک چین کوچک بود.

3. جام را عمیق‌تر کنید و سوراخ سوزنی می‌شود

به عمیق‌تر کردن جام و باریک‌تر کردن دهانه‌اش ادامه بدهید. در جایی به یک دوربین سوراخ سوزنی تبدیل می‌شود، و دوربین سوراخ سوزنی تصویری واقعی می‌سازد.

ناتیلوس (nautilus)، خویشاوندی صدف‌دار ماهی مرکب و هشت‌پا که در اقیانوس آرام می‌زید، دقیقاً همین را دارد. چشمش گودالی باز پر از آب دریاست. عدسی نیست. قرنیه نیست. آب مستقیم از سوراخ وارد می‌شود.

چشم ناتیلوس کم‌نور است، چون سوراخ کوچک نور کمی را می‌گذراند، و اندکی تار. با این حال چشمی تصویرساز است و جانور از آن استفاده می‌کند. هیچ‌کس لازم نیست این مرحله را تصور کند. همین حالا دارد شنا می‌کند.

4. دهانه را با پوششی شفاف ببندید

سوراخی باز به آب دریا مشکل است. شن و ذره‌های ریز وارد می‌شوند. انگل‌ها وارد می‌شوند.

لایه نازکی از بافت شفاف را در جلوی آن رشد بدهید و محفظه بسته می‌شود. دید در آغاز تقریباً تغییر نمی‌کند. محافظت خیلی بهتر می‌شود، و حالا درون را می‌شود به‌جای آب دریا با مایعی شفاف پر کرد.

بسیاری از حلزون‌های دریایی این را دارند: محفظه چشمی بسته پشت پوششی شفاف.

5. پوشش را ضخیم کنید تا عدسی خام بشود

بافت شفافی که در میانه ضخیم‌تر است نور را می‌شکند. لازم نیست خوب بشکند. هر شکستنی نور بیشتری را روی گیرنده‌ها جمع می‌کند و تصویر را اندکی واضح‌تر می‌کند.

بعضی حلزون‌های دریایی دقیقاً همین را دارند: تکه‌ای از ماده شفاف چگال‌تر که در محفظه نشسته و کانون‌سازی را به‌طور تقریبی انجام می‌دهد.

6. عدسی را شکل بدهید تا درست کانون‌سازی کند

تکه را بهتر کنید. چگالی‌اش را از مرکز تا لبه تغییر بدهید. ماهیچه‌هایی اضافه کنید که آن را جابه‌جا یا فشرده کنند. حالا یک چشم دوربینی دارید که کانون می‌کند.

مهره‌داران یکی دارند. هشت‌پاها و ماهی‌های مرکب هم دارند، و آن‌ها چشمشان را جدا از ما فرگشت داده‌اند.

نرم‌تنان به‌تنهایی بیشتر رشته را نشان می‌دهند

حتی لازم نیست برای دیدن این از میان گروه‌های جانوری بگذرید. نرم‌تنان زنده به‌تنهایی بیشتر دامنه را پوشش می‌دهند: حلزون‌های کلاهی (limpet) با جام رنگدانه‌دار باز ساده، ابالون‌ها یا گوش‌ماهی‌های دریایی (abalone) با گودالی ژرف‌تر و دهانه‌ای باریک، گونه‌های دیگر با دهانه بسته و پوشیده، و هشت‌پاها با عدسی کانون‌ساز کامل.

یک هشدار مهم. این جانوران نیاکان ما نیستند و خط تبار مستقیم هم نیستند. هر کدام گونه‌ای امروزی با تاریخ دراز خودش است. بعضی حتی ممکن است از چشم‌های پیچیده‌تر ساده شده باشند، نه برعکس.

این نکته را سست نمی‌کند. نکته این است که هر طرح در فهرست چشمی کارآمد است، در جانوری واقعی که با آن زندگی می‌کند.

هر گام هزینه خودش را پس می‌دهد

به فهرست برگردید و ببینید هر تغییر واقعاً چه می‌خواهد.

• ورقه‌ای تخت را اندکی چین بدهید. جهت به دست می‌آید.
• چین را عمیق‌تر کنید. تصویر واضح‌تری به دست می‌آید.
• پوستی شفاف بسازید. محافظت به دست می‌آید.
• ضخیمش کنید. نورگیری به دست می‌آید.
• شکلش را بهتر کنید. کانون به دست می‌آید.

هیچ‌کدام از این‌ها به یک پرش بزرگ نیاز ندارد. هیچ‌کدام لازم ندارد چشمی تمام‌شده در پایان منتظر رسیدن بخش‌ها باشد. هر نسخه در دیدن از قبلی بهتر است، و چشم اندکی بهتر یعنی شانس اندکی بهتر برای پیدا کردن غذا و خورده نشدن.

این دقیقاً همان چیزی است که انتخاب طبیعی می‌خواهد.

این چقدر طول می‌کشد؟

در سال 1994 دو زیست‌شناس سوئدی، دن-اریک نیلسون (Dan-Eric Nilsson) و سوزانه پلگر (Susanne Pelger)، کوشیدند برایش عددی بگذارند.

آن‌ها مدلی ریاضی از رشته چشم ساختند. از یک لکه تخت حساس به نور شروع می‌شد و به یک چشم دوربینی کانون‌ساز می‌رسید. عمداً انتخاب‌های محتاطانه کردند تا جوابشان یک حد بالا باشد، نه یک جواب خوش‌بینانه. در هر نسل اجازه داشت هر ویژگی را فقط به اندازه کسر بسیار کوچکی از یک درصد بهبود بدهد.

نتیجه‌شان: حدود 364,000 نسل.

بسیاری از جانوران کوچک سالی یک بار زاد و ولد می‌کنند. برای آن‌ها 364,000 نسل یعنی 364,000 سال. این کمتر از نیم میلیون سال است، که در معیار زمین‌شناختی یک چشم به‌هم‌زدن است. چشم‌ها بیش از 500 میلیون سال است که هستند. هیچ‌وقت کمبود زمان نبود.

یک هشدار. عدد آن‌ها یک مدل است، نه اندازه‌گیری، و پژوهشگران دیگر درباره فرض‌های پشتش بحث کرده‌اند. حتی اگر عدد واقعی چند برابر بزرگ‌تر بود، نتیجه تغییر نمی‌کرد. زمان در دسترس خیلی بیشتر از زمان لازم است.

جزئیاتی که ماجرا را لو می‌دهد

حالا قوی‌ترین شاهد، که اصلاً درباره پیچیدگی نیست. درباره یک نقص است.

شبکیه شما وارونه سیم‌کشی شده است.

سلول‌های نورسنج چشم شما پشت به نور هستند. جلویشان لایه‌هایی از سلول‌های عصبی و رگ‌های خونی نشسته. نور باید از همه آن‌ها بگذرد تا به گیرنده‌ها برسد.

بدتر این‌که آن رشته‌های عصبی باید به یک شکلی از چشم بیرون بروند. در یک دسته جمع می‌شوند و در یک نقطه مستقیم از میان شبکیه می‌زنند و برمی‌گردند. در آن نقطه هیچ گیرنده‌ای نیست. آن سوراخ نقطه کور شماست، که در هر چشم کنار مرکز دیدتان نشسته است. مغزتان آن را آن‌قدر صاف وصله می‌کند که بیشتر مردم همه عمرشان متوجهش نمی‌شوند.

همه مهره‌داران این را دارند. ماهی‌ها، قورباغه‌ها، مارمولک‌ها، پرندگان و پستانداران همگی همان چیدمان وارونه و همان سوراخ را دارند.

هشت‌پا ندارد.

چشم هشت‌پا و ماهی مرکب از بیرون به‌طرز قابل‌توجهی شبیه چشم ما است: عدسی، عنبیه، شبکیه. اما گیرنده‌هایشان رو به نورند و عصب‌ها از پشت بیرون می‌روند. رشته‌ای سر راه نیست. سوراخی نیست. نقطه کوری نیست.

دو تبار چشم دوربینی را جدا ساختند. یکی شبکیه وارونه را از نیایی دور به ارث برد و از آن زمان گرفتارش مانده. دیگری نه.

انصاف را بگوییم، شبکیه مهره‌داران فاجعه نیست. بعضی سلول‌های پشتیبان در آن کمی مثل کابل‌های فیبر نوری کار می‌کنند و نور را تا گیرنده‌ها هدایت می‌کنند. این هزینه را نرم می‌کند، و بینایی ما بسیار خوب است.

اما هیچ‌کس که از صفر شروع کند سیم‌کشی را جلوی حسگر نمی‌گذارد و بعد سوراخی از میانش نمی‌زند تا سیم‌ها بیرون بروند. این انتخاب طراحی نیست. این تاریخ است که در جا یخ زده، چون فرگشت فقط می‌تواند چیزی را که نسل پیشین از پیش داشت اصلاح کند.

چشم‌ها بیش از یک بار فرگشت یافتند

یک سرنخ دیگر. چشم‌ها کمیاب و ساختنشان سخت نیست. زیست‌شناسان فکر می‌کنند چشم‌های تصویرساز بارها جداگانه در گروه‌های جانوری مختلف پدید آمدند: چشم‌های مرکب در حشره‌ها، چشم‌های آینه‌ای در صدف‌های اسکالوپ (scallop، Pectinidae)، چشم‌های دوربینی در مهره‌داران و سرپایان.

در عین حال مجموعه‌ای مشترک از ابزارهای ژنتیکی در زیرش نشسته است. ژن کنترلی به نام Pax6 به روشن شدن رشد چشم در جانورانی به تفاوت موش و مگس میوه کمک می‌کند. در آزمون‌های آزمایشگاهی حتی در این فاصله هم کار می‌کند. پس سازوکار ژرف نورحس باستانی و مشترک است، در حالی که اپتیک بارها و بارها از نو اختراع شده است.

ساختاری که بارها و بارها در تبارهای مختلف پدیدار می‌شود، ساختاری نیست که ساختنش تقریباً ناممکن باشد.

این چه چیزی را حل می‌کند و چه چیزی را نه

این صفحه به یک ادعای مشخص پاسخ می‌دهد: این‌که چشم نمی‌توانسته در گام‌های مفید پدید آمده باشد. می‌توانسته، و گام‌ها فرضی نیستند. زنده‌اند.

همه پرسش‌های درباره چشم‌ها را حل نمی‌کند. پژوهشگران هنوز جزئیات شیمی نخستین گیرنده‌های نور، ترتیب دوتا شدن (تکثیر) ژن‌ها و چگونگی گرفتن شکل ویژه شبکیه مهره‌داران را روشن می‌کنند. این‌ها مسئله‌های باز واقعی‌اند، و روی‌شان کار می‌شود.

همچنین درباره باورهای دینی هیچ‌کس چیزی نمی‌گوید. این‌که جهان هدفی دارد یا نه پرسشی نیست که چشم ناتیلوس بتواند به آن پاسخ بدهد.

آنچه چشم نشان می‌دهد این است که «برای فرگشت یافتن بیش از حد پیچیده» گزاره‌ای درباره سختی تصور کردن چیزی است، نه درباره این‌که رخ داده یا نه. داروین خودش در 1859 این تفاوت را قائل شد. جانوران زنده‌ای که از آن زمان فهرست شده‌اند آن را برای او روشن کرده‌اند.

برای دیدن تصحیح‌های بیشتری مثل این، به برداشت‌های نادرست رایج برگردید.