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.
İnsan gözü harika bir mekanizma. Birkaç fotondan direkt güneş ışığına kadar herhangi bir yeri algılayabilir ya da odak noktasını, önündeki ekrandan uzaktaki ufuk çizgisine saniyenin üçte birinde değiştirebilir. Aslında böyle inanılmaz bir esneklik için gereken yapılar bir zamanlar o kadar karmaşık olarak görüldü ki Charles Darwin'in kendisi bile gözün evrimleştiği fikrinin mümkün olan en yüksek derecede saçma göründüğünü kabul etti; ama gözün evrimi 500 milyon yıldan daha önce başlamıştı. İnsan gözünün hikayesi, öglena gibi tek hücreli canlılarda bulunan basit bir ışık beneği ile başladı. Bu yapı ışığa duyarlı, organizmanın kamçısına bağlı olan proteinler yığınıdır. Işığı ve yiyeceği bulduğunda aktifleşir. Bu ışık beneğinin daha karmaşık bir türü, yassı solucan olan planaryada bulunur. Kase biçim gelen ışığın yönünün algılanmasını düz biçimden daha iyi sağlar. Başka kullanımları içinde, bu beceri, organizmanın gölge bulmasını ve avcılardan saklanabilmesini sağlar. Binlerce yıldan fazla sürede, böyle ışık kaseleri bazı organizmalarda derinleştikçe öndeki açıklık küçüldü. Sonuç iğne deliği etkisiydi. Bu etki göze sadece ince bir ışık demetinin girmesine izin verip bozulmayı azaltarak çözünürlüğü çarpıcı bir ölçüde artırdı. Ahtapotun atası olan notilusda, iğne deliği gözü ileri çözünürlüğü ve yönsel algılamayı sağlar. İğne deliği basit görüntülerin oluşumunu sağlasa da, bildiğimiz göze doğru giden en önemli adım mercektir. Merceğin, enfeksiyonu önlemek için açıklığı kapatan, ışık duyarlılığını ve ışığın işlemden geçmesini en iyi hale getiren sıvıyla gözün içinin dolmasına imkan veren şeffaf hücrelerden evrimleştiği düşünülüyor. Yüzeyde oluşan kristal proteinler, ağ tabaka üzerindeki tek bir noktaya ışığı odaklamada yararlı olduğunu kanıtlayan bir şekil yarattı. Gözün adapte olabilmesinde mercek en önemli olan yapıdır. Yakın ve uzak görüşe uyum sağlamak için merceğin eğriliği değişir. Mercekle birlikte bu iğne deliği kamerasının şekli, eninde sonunda insan gözüne evrimleşecek şeyin temelini oluşturdu. Daha ileri bir gelişme, iris denilen, göze giren ışık miktarını kontrol eden renkli bir halkayı ve sklera denilen, gözün yapısını koruyan, sağlam, beyaz, dış bir tabakayı ve koruyucu ince örtü salgılayan göz yaşı bezlerini içerecekti; ama eşit derecede önemli olan, aldığı daha keskin ve renkli görüntüleri işlemek için görsel korteksin genişlemesiyle, gözün evrimine eşlik eden beynin evrimiydi. Artık biliyoruz ki gözümüz ideal bir tasarım şaheseri olmaktan uzak olup, adım adım ilerleyen evrimin izlerini taşır. Örneğin, insanlarda ağ tabakası tersine çevrilmiştir ve ışığı algılayan hücreler göz açıklığına karşı ters yöne bakar. Bu durum kör nokta ile sonuçlanır. Optik sinir, arkadaki ışığa duyarlı tabakaya ulaşmak için ağ tabakayı delmek zorundadır. Bağımsız olarak evrimleşen, kafadan bacaklıların benzer görünen gözleri kör nokta olmadan görmelerini sağlayan öne doğru bakan ağ tabakaya sahiptir. Başka yaratıkların gözleri farklı adaptasyonlar gösterir. Dörtgöz balık denilen anableps, suyun üstüne ve altına bakmak için iki bölüme ayrılmış gözlere sahiptir. Hem avcılarını hem de avlarını görmek için mükemmeldir. Klasik olarak gece avcıları olan kediler yansıtıcı bir tabakayla evrimleştiler. Bu tabaka, gözün algılayabileceği ışık miktarını maksimuma ulaştırır ve mükemmel gece görüşünü sağlamakla birlikte kedilere özgü göz parıltısını verir. Bunlar hayvanlar alemindeki geniş göz çeşitliliğinin sadece birkaç örneği. Eğer bir göz tasarımı yapabilseydin, farklı bir şekilde yapar mıydın? Bu soru o kadar da garip değil. Bugünlerde doktorlar ve bilim insanları görme engellilere yardım etmek amacıyla biyomekanik implantların tasarlanması için farklı göz yapılarını araştırıyorlar. Çok uzak olmayan bir gelecekte, insan gözünün hassaslığında ve esnekliğinde yapılan makineler kendi evriminin bile ötesine geçmesini sağlayabilir.