Augen

Was die vielen Augen der Jakobsmuscheln über die Evolution des Sehens lehren können | Wissenschaft

Das Wort 'Jakobsmuschel' erinnert normalerweise an einen saftigen, runden Adduktorenmuskel - eine Delikatesse aus Meeresfrüchten. Es ist also nicht allgemein bekannt, dass Jakobsmuscheln bis zu 200 winzige Augen am Rand des Mantels haben, die ihre Schalen auskleiden. Die Komplexität dieser Weichtieraugen wird noch enthüllt. Eine neue Studie veröffentlicht in Aktuelle Biologie zeigt, dass Jakobsmuschelaugen Pupillen haben, die sich als Reaktion auf Licht erweitern und zusammenziehen, was sie viel dynamischer macht als bisher angenommen.

Es ist einfach überraschend, wie viel wir darüber herausfinden, wie komplex und wie funktionell diese Jakobsmuschelaugen sind, sagt Todd Oakley, Evolutionsbiologe an der University of California, Santa Barbara.

Die Optik von Jakobsmuschelaugen ist ganz anders aufgebaut als unsere eigenen Augenorgane. Wenn Licht in das Jakobsmuschelauge eintritt, passiert es die Pupille, eine Linse, zwei Netzhäute (distal und proximal) und erreicht dann einen Spiegel aus Guaninkristallen im hinteren Teil des Auges. Der gekrümmte Spiegel reflektiert das Licht auf die innere Oberfläche der Netzhaut, wo neuronale Signale erzeugt und an ein kleines viszerales Ganglion oder eine Ansammlung von Nervenzellen gesendet werden, deren Hauptaufgabe darin besteht, den Darm und den Adduktorenmuskel der Jakobsmuschel zu kontrollieren. Die Struktur einer JakobsmuschelAuge ist ähnlich dem similar Optiksysteme in fortschrittlichen Teleskopen .





der Koh-i-Noor-Diamant

Viele Jahre lang war die Physik und Optik des Jakobsmuschelauges ein verwirrendes Problem. „Die Hauptnetzhaut im Auge bekommt fast völlig unscharfes Licht, weil sie zu nah am Spiegel ist“, sagt Dan Speiser, ein Visionsforscher an der University of South Carolina und leitender Autor der neuen Studie. Mit anderen Worten, jedes Bild auf der proximalen Netzhaut wäre verschwommen und unscharf. Das kommt mir einfach so unvernünftig vor, sagt Speiser.

Die neue Studie bringt Licht in dieses Mysterium. Die Forscher fanden heraus, dass sich die Jakobsmuschel-Schüler öffnen und zusammenziehen können, obwohl ihre Pupillenreaktionen nicht so schnell sind wie unsere. Der Durchmesser einer Jakobsmuschel-Pupille ändert sich um höchstens 50 Prozent, und die Erweiterung oder Kontraktion kann mehrere Minuten dauern. Ihre Augen haben keine Iris wie unsere Augen, stattdessen ändern die Zellen in der Hornhaut ihre Form, indem sie von dünn und flach zu groß und lang werden. Diese Kontraktionen können die Krümmung der Hornhaut selbst verändern, was die Möglichkeit eröffnet, dass das Jakobsmuschelauge seine Form ändert und auf Licht in einer Weise reagiert, die es ermöglicht, schärfere Bilder auf der proximalen Netzhaut zu erzeugen.



Es verändert wirklich die Fähigkeit dieses Auges und letztendlich des Organismus, die Art der Auflösung zu haben, um seine Umgebung zu sehen, sagt Jeanne Serb, eine Visionswissenschaftlerin an der Iowa State University.

Nun arbeitet Speiser daran zu verstehen, ob die Jakobsmuscheln in der Lage sind, die Krümmung des Spiegels und des gesamten Auges zu verändern, um die Schärfe des Bildes noch weiter anzupassen. „Die dynamischen Strukturen der Augen eröffnen neue Möglichkeiten, was man mit einem solchen spiegelbasierten Auge machen kann“, sagt Speiser.

Adaptive Spiegel sind nicht das einzige Geheimnis des Jakobsmuschelauges. Es stellt sich heraus, dass Jakobsmuschelaugen dreimal so viele Opsine haben wie wir, sagt Serbe. Opsine sind lichtempfindliche Proteine, die in den Photorezeptorzellen der Netzhaut vorkommen und die Umwandlung von Licht in elektrochemische Signale vermitteln. Wissenschaftler wissen nicht, ob alle 12 Jakobsmuschel-Opsine in jedem einzelnen Jakobsmuschel-Auge exprimiert werden oder ob die Augen auf verschiedene Kanäle des visuellen Spektrums spezialisiert sind. Einige Opsine können in der proximalen Netzhaut exprimiert werden, während andere in der distalen Netzhaut vorkommen.



Serbens Team im Bundesstaat Iowa untersucht die Opsine in Jakobsmuscheln, Muscheln und anderen Tieren. Muscheln – Mollusken, die in zwei passenden Schalen leben, die durch ein Scharnier verbunden sind – haben mehrmals eine Form von Auge entwickelt. Einige Muscheln haben sogar Facettenaugen oder Augen mit mehreren Seheinheiten, obwohl sie sich von den bekannteren Facettenaugen der Insekten unterscheiden. Durch das Studium der verschiedenen Opsine außerhalb der Tiere können Serben ihre Absorption messen und letztendlich verstehen, wie sie bei den verschiedenen Tieren wirken.

Augen haben sich wahrscheinlich bei allen Tieren mindestens 50- oder 60-mal entwickelt, und in vielen Fällen variieren die molekularen Grundlagen des Sehens – die Proteine, die Lichtsignale in elektrische Signale umwandeln – ziemlich. Die große evolutionäre Frage für mich lautet: Wie entwickeln sich diese Proteine, um Licht zu proben? Und wie wird es dann auf die verschiedenen Arten von Lichtumgebungen spezifiziert, in denen die Tiere vorkommen können? Serbe fragt. Sieist der Ansicht, dass die Opsine in den meisten Fällen von einer anderen Funktion innerhalb des Tieres zur Verwendung in den Augen umfunktioniert werden.

Obwohl es bei Tieren eine Vielzahl von Augenmorphologien und Photorezeptoren gibt, sind die Bausteine ​​– die Gene, die die Augenentwicklung steuern – bemerkenswert ähnlich. Beispielsweise, Pax6 ist ein Entwicklungsgen, das für die Augenentwicklung bei Säugetieren entscheidend ist und eine ähnliche Rolle bei der Entwicklung von Jakobsmuschelaugen spielt.In einer aktuellen Studie Vordruck , Andrew Swafford und Oakley argumentieren, dass diese Ähnlichkeiten die Tatsache widerlegen, dass sich viele Arten von Augen als Reaktion auf lichtinduzierten Stress entwickelt haben könnten. UV-Schäden verursachen spezifische molekulare Veränderungen, vor denen sich ein Organismus schützen muss.

Es sei so überraschend, dass all diese Komponenten, die zum Augenbau und auch beim Sehen verwendet werden, immer wieder diese Schutzfunktionen haben, sagt Oakley. In der tiefen Geschichte dieser Komponenten sind genetische Merkmale zu finden, die Reaktionen auf lichtinduzierten Stress auslösen, wie z. B. die Reparatur von Schäden durch UV-Strahlung oder das Erkennen von Nebenprodukten von UV-Schäden.Sobald die Reihe von Genen, die an der Erkennung und Reaktion auf UV-Schäden beteiligt sind, zusammen exprimiert sind, kann es nur darum gehen, diese Teile auf eine neue Weise zu kombinieren, die Ihnen ein Auge gibt, schlagen die Forscher vor.

Der Stressfaktor kann diese Komponenten vielleicht zum ersten Mal zusammenbringen, sagt Swafford. Und so sind die Ursprünge der Wechselwirkungen zwischen diesen verschiedenen Komponenten, die zum Sehen führen, eher auf diesen Stressfaktor zurückzuführen. Und sobald die Komponenten da sind, seien es Pigmente oder Photorezeptoren oder Linsenzellen, dann wirkt die natürliche Selektion, um sie zu Augen zu verarbeiten.

Wie auch immer sie hergestellt wurden, Jakobsmuschelaugen haben eine beeindruckende Funktionalität und verbiegen ihre inneren Spiegel, um das Licht wie ein Teleskop in den Fokus zu bringen. Wenn Sie also das nächste Mal ein paar Jakobsmuscheln genießen, versuchen Sie sich nicht vorzustellen, dass die Weichtiere Sie anstarren.





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