Слово «морской гребешок» обычно вызывает сочные округлые мышцы аддуктора - деликатес из морепродуктов. Так что не очень известно, что гребешки имеют до 200 крошечных глаз по краю мантии, выстилающих их раковины. Сложности этих глаз моллюсков все еще раскрыты. Новое исследование, опубликованное в Current Biology, показывает, что у глаз гребешка зрачки расширяются и сжимаются в ответ на свет, что делает их гораздо более динамичными, чем считалось ранее.
«Просто удивительно, как много мы узнаем о том, насколько сложны и функциональны эти глаза гребешка», - говорит Тодд Оукли, биолог-эволюционист из Университета Калифорнии в Санта-Барбаре.
Оптика глазных гребешков настроена совсем не так, как наши собственные глазные органы. Когда свет проникает в глаз гребешка, он проходит через зрачок, линзу, две сетчатки (дистальную и проксимальную), а затем достигает зеркала из кристаллов гуанина в задней части глаза. Изогнутое зеркало отражает свет на внутреннюю поверхность сетчатки, где нервные сигналы генерируются и отправляются в небольшой висцеральный ганглион или группу нервных клеток, основной задачей которых является контроль над кишечными и аддукторными мышцами гребешка. Структура глаза морского гребешка похожа на оптические системы, найденные в современных телескопах.
В течение многих лет физика и оптика глаза гребешка представляли сложную проблему. «Основная сетчатка глаза получает почти полностью несфокусированный свет, потому что она находится слишком близко к зеркалу», - говорит Дэн Спайзер, ученый из Университета Южной Каролины и старший автор нового исследования. Другими словами, любое изображение на проксимальной сетчатке будет размытым и не в фокусе. «Это просто кажется мне неразумным», - говорит Спайзер.
Новое исследование проливает свет на эту загадку. Исследователи обнаружили, что зрачки гребешка могут открываться и сжиматься, хотя их зрачковые реакции не такие быстрые, как у нас. Диаметр зрачка морского гребешка изменяется не более чем на 50 процентов, а расширение или сокращение может занять несколько минут. Их глаза не имеют радужной оболочки, как наши глаза, и вместо этого клетки роговицы меняют форму, переходя от тонких и плоских к высоким и длинным. Эти сокращения могут изменить кривизну самой роговицы, открывая возможность того, что глаз гребешка может изменить форму и реагировать на свет таким образом, который позволяет формировать более четкие изображения на проксимальной сетчатке.
«Это действительно меняет способность этого глаза и, в конечном счете, организма быть способным иметь тип разрешения, чтобы видеть его окружающую среду», - говорит Джинн Серб, ученый-видение из Университета штата Айова.
Теперь Speiser работает над тем, чтобы понять, способны ли гребешки изменить кривизну зеркала и глаза в целом, что позволит ему еще больше отрегулировать фокусировку изображения. «Динамические структуры глаз открывают некоторые новые возможности для того, что вы можете сделать с таким зеркальным глазом», - говорит Шпайзер.
Адаптивные зеркала - не единственная загадка морского гребешка. «Оказывается, у глаз гребешка в три раза больше опсинов, чем у нас», - говорит серб. Опсины - это светочувствительные белки, обнаруживаемые в фоторецепторных клетках сетчатки, которые обеспечивают преобразование света в электрохимические сигналы. Ученые не знают, экспрессируются ли все 12 опсинов гребешка в каждом глазу гребешка или глаз специализируется на разных каналах визуального спектра. Некоторые опсины могут быть экспрессированы в проксимальной сетчатке, тогда как другие находятся в дистальной сетчатке.
Команда сербов в штате Айова изучает опсины в морских гребешках, моллюсках и других животных. Двустворчатые моллюски - моллюски, которые живут внутри двух соответствующих чашеобразных раковин, соединенных шарниром, - несколько раз эволюционировали некоторую форму глаз У некоторых моллюсков даже есть сложные глаза или глаза с несколькими зрительными единицами, хотя они отличаются от более известных сложных глаз насекомых. Изучая различные опсины вне животных, серб может измерить их поглощение и в конечном итоге понять, как они работают на разных животных.
Глаза, вероятно, развивались, по крайней мере, в 50 или 60 раз у всех животных, и во многих случаях молекулярные основы зрения - белки, которые преобразуют световые сигналы в электрические сигналы - довольно сильно различаются. «Большой эволюционный вопрос для меня: как эти белки эволюционируют, чтобы пробовать свет? И затем, как это становится определенным для различных типов освещения, в которых могут появляться животные? »- спрашивает серб. Она считает, что опсины, в большинстве случаев, перераспределяются из какой-либо другой функции внутри животного для использования в глазах.
Хотя морфология глаз и фоторецепторы у животных разнообразны, строительные блоки - гены, которые контролируют развитие глаз - удивительно похожи. Например, Pax6 является геном развития, который имеет решающее значение для развития глаз у млекопитающих, и он играет аналогичную роль в развитии глаз гребешка. В недавнем препринте исследования Эндрю Сваффорд и Оукли утверждают, что эти сходства подтверждают тот факт, что многие типы глаз могли развиваться в ответ на вызванный светом стресс. Ультрафиолетовое повреждение вызывает специфические молекулярные изменения, от которых организм должен защищаться.
«Было так удивительно, что снова и снова все эти компоненты, которые используются для построения глаз, а также используются в зрении, имеют эти защитные функции», - говорит Окли. В глубокой истории этих компонентов есть генетические признаки, которые вызывают реакции на стресс, вызванный светом, такие как восстановление повреждений от ультрафиолетового излучения или обнаружение побочных продуктов повреждения ультрафиолетом. Как только исследователи предполагают, что совокупность генов, участвующих в обнаружении и реагировании на ультрафиолетовое повреждение, выражается вместе, тогда это может быть просто вопросом объединения этих частей новым способом, который дает вам глаз.
«Фактор стресса может объединить эти компоненты, возможно, впервые», - говорит Сваффорд. «И поэтому происхождение взаимодействий между этими различными компонентами, которые приводят к зрению, в большей степени связано с этим стрессовым фактором. И затем, когда компоненты присутствуют, будь то пигменты, фоторецепторы или линзовые клетки, естественный отбор превращает их в глаза ».
Как бы они ни были сделаны, глаза гребешка обладают впечатляющей функциональностью, деформируя внутренние зеркала, чтобы сфокусировать свет, как в телескоп. Поэтому в следующий раз, когда вы наслаждаетесь чесночными гребешками, постарайтесь не представлять, как моллюски смотрят на вас.
