Το ανθρώπινο μάτι είναι ένας εκπληκτικός μηχανισμός, ικανός να εντοπίσει οτιδήποτε, από μερικά φωτόνια μέχρι το άμεσο ηλιακό φως, ή να αλλάξει την εστίαση από την οθόνη μπροστά σας στον μακρινό ορίζοντα στο ένα τρίτο του δευτερολέπτου. Στην πραγματικότητα, οι δομές που απαιτούνται για τέτοια απίστευτη ευελιξία κάποτε θεωρούνταν τόσο περίπλοκες που ο ίδιος ο Κάρολος Δαρβίνος αναγνώρισε ότι η ιδέα να έχουν εξελιχθεί φαινόταν τελείως εξωφρενική. Ωστόσο, αυτό ακριβώς συνέβη, αρχής γενομένης, πριν από 500 εκατομμύρια χρόνια. Η ιστορία του ανθρώπινου ματιού ξεκινάει με ένα απλή κηλίδα φωτός, όπως αυτή πού βρέθηκε σε μονοκύτταρους οργανισμούς, όπως η ευγλήνη. Αυτή είναι ένα σύνολο φωτοευαίσθητων πρωτεϊνών συνδεδεμένων με το μαστίγιο του οργανισμού, που ενεργοποιείται όταν βρίσκει φως και συνεπώς τροφή. Μια πιο περίπλοκη εκδοχή αυτού του σημείου φωτός μπορεί να βρεθεί στον πλατυέλμινθα πλανάρια. Όντας κοίλο το σημείο και όχι επίπεδο, του επιτρέπει να ανιχνεύει καλύτερα την κατεύθυνση του εισερχόμενου φωτός. Μεταξύ άλλων χρήσεων, αυτή η ικανότητα επιτρέπει σε έναν οργανισμό να αναζητεί σκιά και να κρύβεται από τους θηρευτές του. Με το πέρασμα των χιλιετιών, καθώς το κοίλωμα βάθαινε σε κάποιους οργανισμούς, το μπροστινό άνοιγμα γινόταν μικρότερο. Το αποτέλεσμα ήταν μια τρυπούλα που αύξανε εντυπωσιακά την ανάλυση, μειώνοντας την παραμόρφωση επιτρέποντας μόνο τη διέλευση μιας λεπτής δέσμης φωτός εντός του οφθαλμού. Ο ναυτίλος, ένας πρόγονος του χταποδιού, χρησιμοποιεί αυτό το μικροσκοπικό μάτι για βελτιωμένη ανάλυση και κατευθυντική ανίχνευση. Αν και το μικροσκοπικό μάτι επιτρέπει την οπτική απλών εικόνων το σημαντικό ως προς τον οφθαλμό, όπως γνωρίζουμε, είναι ένας φακός. Πιστεύεται ότι ο φακός έχει εξελιχθεί διαμέσου διάφανων κυττάρων που καλύπτουν το άνοιγμα για να αποτρέψουν τη λοίμωξη, επιτρέποντας το εσωτερικό του ματιού να γεμίσει με υγρό που βελτιστοποιεί τη φωτοευαισθησία και την επεξεργασία. Οι πρωτεΐνες κρυσταλλίνες σχηματιζόμενες στην επιφάνεια δημιούργησαν μια δομή που αποδείχθηκε χρήσιμη στην εστίαση του φωτός σε ένα σημείο του αμφιβληστροειδούς. Αυτός ο φακός είναι το κλειδί της προσαρμοστικότητας του ματιού, αλλάζοντας την καμπυλότητα του για να προσαρμόζεται σε κοντινή και μακρινή όραση. Αυτή η δομή της μικροσκοπικής κάμερας με φακό αποτέλεσε τη βάση σε αυτό που θα εξελιχθεί τελικά στο ανθρώπινο μάτι. Περαιτέρω βελτιώσεις θα περιλαμβάνουν έναν χρωματιστό δακτύλιο ονόματι ίριδα, που ελέγχει την ποσότητα φωτός που εισέρχεται στο μάτι, ένα σκληρό εξωτερικό στρώμα, που ονομάζεται σκληρός χιτώνας, για να διατηρεί τη δομή του και τους δακρυϊκούς αδένες που σχηματίζουν ένα προστατευτικό υμένιο. Όμως εξίσου σημαντική ήταν και η παράλληλη εξέλιξη του εγκεφάλου με τη διόγκωση του οπτικού φλοιού για να επεξεργάζεται τις έντονες και έγχρωμες εικόνες που δεχόταν. Σήμερα γνωρίζουμε ότι αν και απέχει ως ένα αριστούργημα σχεδιασμού, το μάτι μας ενέχει ίχνη της σταδιακής του εξέλιξης. Λόγου χάρη, ο ανθρώπινος αμφιβληστροειδής είναι ανεστραμμένος, με κύτταρα-φωτοϋποδοχείς που δεν κοιτούν προς το άνοιγμα του ματιού. Αυτό δημιουργεί ένα τυφλό σημείο, όπου το οπτικό νεύρο πρέπει να διαπεράσει τον αμφιβληστροειδή για να φτάσει στο φωτοευαίσθητο στρώμα, στο πίσω μέρος. Τα παρόμοια μάτια των κεφαλόποδων, που εξελίχθηκαν ανεξάρτητα, έχουν πρόσθιο αμφιβληστροειδή που τους επιτρέπει να βλέπουν χωρίς τυφλό σημείο. Τα μάτια άλλων πλασμάτων έχουν διαφορετικές προσαρμογές. Το Άναβλεψ, το ονομαζόμενο και ψάρι με τέσσερα μάτια έχει μάτια που διαιρούνται σε δύο μέρη για να βλέπουν πάνω και κάτω απ' το νερό, ιδανικά για να εντοπίζουν τόσο τα αρπακτικά όσο και το θήραμα. Οι γάτες, κλασσικοί κυνηγοί νύχτας, εξελίχθηκαν με ένα φωσφορίζον υπόστρωμα που μεγιστοποιεί την ποσότητα του φωτός που μπορεί να εντοπίσει τα μάτια παρέχοντάς τους εξαιρετική νυχτερινή όραση και τη γνωστή τους λάμψη. Είναι μερικά παραδείγματα της τεράστιας ποικιλίας ματιών στο ζωικό βασίλειο. Αν μπορούσατε να σχεδιάσετε το μάτι, θα το κάνατε διαφορετικά; Αυτό το ερώτημα δεν είναι τόσο περίεργο όσο ακούγεται. Σήμερα, γιατροί και επιστήμονες αναζητούν διαφορετικές δομές του ματιού που συμβάλουν στο σχεδιασμό εμβιομηχανικών εμφυτευμάτων για άτομα με μειωμένη όραση. Στο κοντινό μέλλον τα μηχανήματα που κατασκευάζονται με την ακρίβεια και την ευελιξία του ανθρώπινου ματιού, ίσως να μπορέσουν να το κάνουν να υπερβεί την ίδια του την εξέλιξη.
The human eye is an amazing mechanism, able to detect anywhere from a few photons to direct sunlight, or switch focus from the screen in front of you to the distant horizon in a third of a second. In fact, the structures required for such incredible flexibility were once considered so complex that Charles Darwin himself acknowledged that the idea of there having evolved seemed absurd in the highest possible degree. And yet, that is exactly what happened, starting more than 500 million years ago. The story of the human eye begins with a simple light spot, such as the one found in single-celled organisms, like euglena. This is a cluster of light-sensitive proteins linked to the organism's flagellum, activating when it finds light and, therefore, food. A more complex version of this light spot can be found in the flat worm, planaria. Being cupped, rather than flat, enables it to better sense the direction of the incoming light. Among its other uses, this ability allows an organism to seek out shade and hide from predators. Over the millenia, as such light cups grew deeper in some organisms, the opening at the front grew smaller. The result was a pinhole effect, which increased resolution dramatically, reducing distortion by only allowing a thin beam of light into the eye. The nautilus, an ancestor of the octopus, uses this pinhole eye for improved resolution and directional sensing. Although the pinhole eye allows for simple images, the key step towards the eye as we know it is a lens. This is thought to have evolved through transparent cells covering the opening to prevent infection, allowing the inside of the eye to fill with fluid that optimizes light sensitivity and processing. Crystalline proteins forming at the surface created a structure that proved useful in focusing light at a single point on the retina. It is this lens that is the key to the eye's adaptability, changing its curvature to adapt to near and far vision. This structure of the pinhole camera with a lens served as the basis for what would eventually evolve into the human eye. Further refinements would include a colored ring, called the iris, that controls the amount of light entering the eye, a tough white outer layer, known as the sclera, to maintain its structure, and tear glands that secrete a protective film. But equally important was the accompanying evolution of the brain, with its expansion of the visual cortex to process the sharper and more colorful images it was receiving. We now know that far from being an ideal masterpiece of design, our eye bares traces of its step by step evolution. For example, the human retina is inverted, with light-detecting cells facing away from the eye opening. This results in a blind spot, where the optic nerve must pierce the retina to reach the photosensitive layer in the back. The similar looking eyes of cephalopods, which evolved independently, have a front-facing retina, allowing them to see without a blind spot. Other creatures' eyes display different adaptations. Anableps, the so called four-eyed fish, have eyes divided in two sections for looking above and under water, perfect for spotting both predators and prey. Cats, classically nighttime hunters, have evolved with a reflective layer maximizing the amount of light the eye can detect, granting them excellent night vision, as well as their signature glow. These are just a few examples of the huge diversity of eyes in the animal kingdom. So if you could design an eye, would you do it any differently? This question isn't as strange as it might sound. Today, doctors and scientists are looking at different eye structures to help design biomechanical implants for the vision impaired. And in the not so distant future, the machines built with the precision and flexibilty of the human eye may even enable it to surpass its own evolution.