Зрение Джули в детстве было очень плохим, но она, конечно, не единственная, кому необходима помощь в улучшении зрения. Мета-анализ данных более 60 000 взрослых европейцев показал, что больше половины из них имеют тот или иной дефект зрения[34]. Безусловно, с возрастом вероятность того, что им понадобятся очки, значительно возрастает, что, разумеется, завышает данные. Лишь совершенно уникальный пожилой человек способен дожить до преклонного возраста, не нуждаясь хотя бы в очках.
Однако проблемы со зрением свойственны не только пожилым. Примерно 25 % детей в США используют тот или иной тип коррекции зрения[35]. Среди 20- и 30-летних это число достигает 40 %. Примерно к 40 годам показатели остроты зрения начинают падать. Или, скорее, таблица начинает выглядеть очень размытой. После 50 или 60 лет единственными людьми, сохранившими хорошее зрение без коррекции, остаются генетические уникумы, наподобие бывших профессиональных бейсболистов, изначально имевших зрение 20/10. Но дело в том, что даже в раннем возрасте многие нуждаются в коррекции зрения. С самого рождения большое количество людей очень плохо видят. Почему же спустя миллионы лет эволюции столь многие из нас мучаются, видя мир расплывчато?
Чтобы получить ответ на этот вопрос, представьте себе на минуту жизнь и карьеру кораблестроителя по имени Чарли. Чарли – не обычный судомонтажник. Он обладает невероятной степенью технического мастерства и вниманием к деталям. Начальство Чарли поручило ему построить новое, передовое судно, призванное расширить технологические границы. После завершения строительства новая лодка произведет настоящую революцию в судостроительной индустрии. Это весьма амбициозное начинание, и Чарли усердно работает над проектом уже несколько лет. Даже самые ранние версии этого судна фантастически разнообразны и интересны, но Чарли продолжает сглаживать огрехи, добавлять стильные элементы и каждый день работать над улучшением лодки. Однажды его босс спускается из своего кабинета на верхнем этаже, и Чарли решает, что пришло время представить тому свой шедевр.
Прежде чем он успевает сорвать брезент и продемонстрировать работу всей своей жизни, его начальник говорит: «Итак, я только что разговаривал по телефону с корпорацией. Планы меняются. Оказывается, они больше не хотят выводить эту красоту на воду. В последнее время происходило слишком много нападений акул, и никто не покупает лодки. Они хотят, чтобы твоя разработка ходила по суше. И да, начинать все сначала нельзя – мы вложили в проект слишком много денег. Мне нужно, чтобы ты доработал то, что у тебя есть, и превратил это в автомобиль».
Чарли тяжело вздыхает, угрожает уволиться и ругается сквозь зубы. Но так как он хороший сотрудник и ему нужно оплачивать свои счета, он в конце концов просто кивает головой и возвращается к работе. Проходит время, Чарли изо всех сил пытается сделать автомобиль из того, что должно было быть лодкой. Смотрится он довольно забавно (как одна из тех машин-амфибий, на которых перевозят туристов в Бостоне или Сиэтле), и это определенно не то, что он сделал бы, если бы отказался от первоначального проекта и начал все заново. Идеально оно не работает, но работает достаточно хорошо, и Чарли уходит на пенсию довольный, зная, что сделал все, что мог, для выполнения нелепой задачи по созданию автомобиля из лодки.
Этот короткий рассказ о Чарли и его карьере является метафорой эволюции глаз у наземных позвоночных. Глаза позвоночных изначально эволюционировали так, чтобы видеть объекты под водой, а мы застряли на суше. Точно так же, как Чарли не мог предвидеть, чего потребует его начальник, процесс эволюции не строит планы на будущее. Когда 375 миллионов лет назад позвоночные начали жить на земле, у них уже были глаза, развившиеся около 100 миллионов лет до этого. Они не могли просто отказаться от океанических глаз и начать работать с нуля над новыми, сухопутными. Когда животные осваивают новую среду обитания, невозможно начать все с чистого листа. Ранние позвоночные, первопроходцы суши, уже имели полностью функционирующие зрительные органы. Вне воды они работали не очень хорошо, но лучше так, чем никак.
Это как раз одна из наиболее важных особенностей эволюции. Несовершенная функция превосходит отсутствие функции. Всегда. На конкурентной арене эволюции путем естественного отбора лягушка с расплывчатым зрением победит слепую лягушку в 10 случаях из 10. Так что жизнь продолжала работать с тем, что уже было, и в конце концов после естественного отбора в бесчисленном ряду поколений глаза стали выполнять свою работу на суше намного лучше. В результате наши органы зрения теперь гораздо лучше видят мир над водой, чем в попытке разглядеть подводный мир. Все же 375 миллионов лет – достаточно большой срок для исправления некоторых недостатков. Иными словами, несмотря на то, что машина-амфибия изначально была лодкой, в наше время она гораздо лучше проявляет себя как автомобиль, нежели как плавучее средство.
По своей сути глаза – это продолжение мозга на самом краю черепа. Зрительные нервы, соединяющие глаза с мозгом, фактически представляют собой части ткани центральной нервной системы, как и сам мозг. В задней части каждого глаза находится сетчатка – участок со светочувствительными клетками, генерирующими сигнал, который посылается в мозг по зрительному нерву. Сетчатка выполняет в глазу самую важную работу. Без роговицы или хрусталика он способен обеспечить лишь размытое зрение. Без сетчатки глаз слеп.
Изучение эволюции зрительных органов – дело затруднительное. Глаза мягкие и легко сдавливаемые, поэтому не окаменевают на раз-два. Для превращения в окаменелость требуется очень много времени. Это не проблема для таких структур, как зубы или кости, способных невероятно долго находиться под солнцем и дождем, прежде чем разрушатся. Задолго до того, как они успевают окаменеть, большинство глаз мертвых существ поедаются каким-нибудь беспринципным падальщиком или просто превращаются в жижу в результате вызываемых бактериями процессов гниения и разложения. Разложившаяся жижа оставляет эволюционных биологов не у дел.
Решением этой проблемы служит изучение дошедших до нас эволюционных реликтов. Как ни странно, по сей день по земле бродят живые примеры очень примитивных животных с чрезвычайно старомодными глазами. Вернемся в океан и вновь навестим очаровательную миксину. (Будем надеяться, что осталось несколько особей, из которых не изготовили кошельки или ремни.) У миксины невероятно древние глаза. Они состоят из небольших групп светочувствительных клеток (по сути, очень простых сетчаток), расположенных под слоями кожи, достаточно тонкими, чтобы пропускать свет. Как глаза они полный отстой. Австралийские авторы одной весьма подробной исследовательской работы об эволюции глаз у позвоночных животных прямо заявляют, что по своему поведению миксины кажутся почти слепыми, и на их слабую реакцию на свет удаление глаз не влияет[36]. Очевидно, что зрительные органы миксины не очень развиты, если их можно удалить без существенных последствий для животного!
Какой тогда смысл в наличии глаз у миксины? Как и в случае с происхождением всех анатомических структур, ставших со временем сложноорганизованными, глаза изначально были очень простыми, невыдающимися образованиями. Самые ранние органы зрения не формировали изображения. Они просто улавливали присутствие или отсутствие света и были похожи на светочувствительную штуковину, к которой я подключаю рождественские гирлянды, чтобы те включались в сумерках. Датчик не формирует изображение и не похож на камеру наблюдения. Некоторые животные используют примитивные светочувствительные глаза, подсказывающие им, когда можно безопасно выползти из-под камня. Исследователи миксин полагают, что эти существа используют примитивные глаза для настройки внутренних часов. Наличие биологических ритмов (суточных, месячных или годовых) представляет собой важную часть жизни животных, и ученые полагают, что миксины используют способность чувствовать свет для контроля своих циркадных ритмов.
Таким образом, в эволюционном котле возрастает комплексность. Вначале структура имеет одно назначение, а затем, по мере накопления и отбора новых мутаций, она постепенно усложняется. По мере изменения структуры ее назначение может полностью измениться: функция глаз усложнилась от настройки внутренних часов до формирования изображения.
Чтобы зрение было четким, свет должен попадать непосредственно на сетчатку каждого глаза. Миопия, или близорукость (четкое зрение вблизи, но размытое вдали), возникает, когда свет фокусируется в точке перед сетчаткой. Гиперопия, или дальнозоркость (четкое зрение вдали, но размытое вблизи), появляется, когда свет фокусируется в точке за сетчаткой. Такое бывает редко, но у некоторых даже один глаз может быть близоруким, а другой – дальнозорким. Астигматизм – это когда свет не фокусируется в одной точке, что приводит к нечеткости зрения на всех расстояниях.
Перейдя к еще одной достаточно примитивной рыбе, миноге, мы обнаружим намного больше вспомогательных зрительных элементов, таких как роговица и хрусталик, фокусирующих свет на сетчатке. С каждым шагом вперед (или, точнее, с каждым заплывом вперед, поскольку вся эта анатомия сначала эволюционировала в воде) глаза достигали лучшей четкости изображения. Со временем глаза превратились из простых датчиков света в камеры видеонаблюдения.
Есть одна особенность глаз, которая является ярким напоминанием о водном прошлом всех позвоночных. Эта особенность проявляется каждый год, когда мы препарируем глаза коров на моих курсах анатомии и физиологии. Студентам приходится немного поработать скальпелями, чтобы прорезать внешние слои глаз. Оно того стоит, так как наиболее интересная анатомия находится внутри, где расположены хрусталик, радужная оболочка и сетчатка. Несмотря на то, что я всегда подчеркиваю необходимость действовать медленно и делать небольшие, осторожные надрезы, каждый год находится по меньшей мере один студент, приступающий к вскрытию с непомерным энтузиазмом. Наградой за такое рвение служит струя жидкости, брызгающая ему в лицо. Ничто так не подчеркивает важность наличия лабораторных защитных очков, как поток бычьей внутриглазной жидкости.