Fantastyczne oko przegrzebka pokazane w nowej pracy
Jerry A. Coyne
2017-12-16
Przegrzebek zwyczajny, przegrzebek wielki (Pecten maximus) – jadalny. Wysoko ceniony pod względem kulinarnym, zaliczany do owoców morza. Występuje w północno-wschodnim Atlantyku – od północnej Norwegii, wzdłuż wybrzeży Europy po Afrykę Północną. Żyje w piaszczystym, żwirowym lub mulistym dnie na różnych głębokościach – od wód bardzo płytkich po głębokie do 250 m.
Osiąga przeciętnie 10–15 cm długości, ale spotykane są osobniki o długości około 20 cm. Górna połówka muszli jest płaska, zwykle czerwonawobrązowa, a dolna wypukła i jasnokremowa lub brązowa. Pecten maximus odżywia się filtrując wodę. Jest obojnakiem (hermafrodytą). Larwy planktoniczne. Tyle wikipedia, która nie informuje jednak, że przegrzebek patrzy.
Może nie zdajecie sobie sprawy, podobnie jak czytelnik Gregory (który przysłał mi artykuł z “Science”), że przegrzebki mają oczy. Ale naprawdę je mają – aż do 200 maleńkich oczu ustawionych wzdłuż płaszcza, każdy o średnicy milimetra.
Zbliżenie oczu przegrzebka. Zdjęcie: Dan-Eric Nilsson/Lund University, źródło: New York Times
Dlaczego je potrzebują? Ponieważ przegrzebki nie są osiadłymi mięczakami: pływają trzepocząc muszlami, żeby uciec przed drapieżnikiem lub znaleźć nowe miejsce na odpoczynek. Jak tutaj:
Od pewnego czasu było wiadomo, że działa w tych oczach odbicie światła padającego na siatkówkę, ale nie było jasne, jak osiąga się to odbicie, poza tym, że lustrem prawdopodobnie były kryształki guaniny (guanina jest jedną czterech zasad, które stanowią “kod” DNA). Nowy artykuł w “Science” Benjamina Palmera i in. wyjaśnia jednak jak to oko działa i jest to zdumiewające. Lustro, stworzone z nałożonych na siebie warstw kryształków guaniny, odbija światło na siatkówkę, a są tam dwie siatkówki, nie zaś jedna, każda dająca informację o różnej części otoczenia przegrzebka. Lustro, poza bardzo skutecznym działaniem, jest piękne, jest cudem doboru naturalnego.
Najpierw jednak inne zdjęcie (z artykułu) o oczach uszeregowanych na płaszczu (podpisy wszystkich zdjęć pochodzą z artykułu):
Przegrzebek Pecten maximus z licznymi oczyma uszeregowanymi na płaszczu (biała strzałka pokazuje indywidualne oko)
A tak działają te oczy. Rysunek „A” poniżej jest wizerunkiem stworzonym przez technikę, która umożliwiła to badanie: niskotemperaturową skaningową mikroskopię elektronową (CSEM), w której skanuje się zamrożoną próbkę. (W tym roku przyznano Nagrodę Nobla w chemii badaczom, którzy stworzyli tę metodę.) To umożliwiło badaczom wizualizację nie tylko całej budowy oka, jak na “A” poniżej, ale także jego przekrojów, mogli więc patrzeć na budowę guaninowych “luster”, jak również robić modele komputerowe tego, jak podróżuje światło po dostaniu się do oka.
Obraz “A” jest analizowany w “B”, z różnymi kolorami przedstawiającymi różne części oka i kierunek światła. Wpadające światło (czerwone linie) uderzają w lustro (zielone) po przejściu przez rogówkę (czarne), źrenicę (granatowe), soczewkę (jasnoniebieskie) i przezroczyste siatkówki (szara chmura). Po uderzeniu w lustro promienie światła (teraz żółte) odbijają się od warstw guaniny, padając ostatecznie na obie siatkówki. Jedna siatkówka jest bliższa ciała przegrzebka, druga dalsza:
A) Volume rendering of an x-ray micro-CT scan of a whole scallop eye, showing the eye anatomy. (B) Segmentation of the micro-CT in (A). Black, cornea; navy, “iris;” blue, lens; gray, gross retinal volume; green, mirror. Rays traced through the eye from a point source aligned with the axis of the lens (red) are reflected (yellow) and focused on the retina. The border of the best-focused region encompassing all reflected rays denotes a 3D circle of least confusion (COLC; black line). The inset is a side view of the mirror showing the optical axes of the lens (blue), central mirror (green), and center of the visual field (cyan). The lens and mirror axes are offset by 7.3°.
Tutaj jest przekrój oka z oznaczonymi elementami. Widać dwie siatkówki (iii and iv), z wklęsłym lustrem (v) tuż poniżej siatkówek. Ponieważ siatkówki są przezroczyste, nie blokują wpadającego światła. Żółte strzałki wskazują na kierunek światła wpadającego do oka:
Fluorescence microscopy image of an eye cross section, showing the cell nuclei stained with DAPI (4′,6-diamidino-2-phenylindole). The (i) cornea, (ii) lens, (iii) distal retina, (iv) proximal retina, and (v) concave mirror are indicated.
Tutaj jest zabarwiony przekrój, który ułatwia identyfikację części. Siatkówki są oliwkowozielone a lustro jaskrawozielone:
Low-resolution cryo-SEM micrograph of an eye cross section after high-pressure freezing and freeze-fracturing. The lens (blue), distal retina (yellow), proximal retina (orange), and concave mirror (green) are shown in pseudo-colors. The cilia and microvilli of the photoreceptors were used to identify the locations of the distal and proximal retinas.
Naprawdę niezwykłe w tym oku jest to, że “lustro” składa się z “podłogi” z płytek kryształków guaniny w kształcie kwadratów (co nie jest naturalną konfiguracją krystaliczną – jak przegrzebek to robi?). Każda „podłoga” jest taflą i jest ich 20-30 jedna nad drugą, poprzekładane cytoplazmą. Tutaj jest obraz CSEM, czy nie jest to niezwykłe?
The ultrastructure of the multilayer mirror. (A to C) Cryo-SEM micrographs of high-pressure–frozen, freeze-fractured cross sections through the eye of P. maximus. (A) The mirror viewed perpendicular to the eye axis. White arrow, direction of on-axis incident light. (B) The tiled mirror viewed from above. (C) Crystals in adjacent layers, stacked directly on top of one another, viewed in a fracture through the mirror. (D) TEM micrograph of a single, regular square crystal extracted from the eye. The crystals are 1.23 × 1.23 ± 0.08 μm (N = 20) with internal corner angles of 90.16 ± 2.78° (N = 28) (means ± SD).
Nie każda warstwa odbija światło z powrotem na siatkówki; zamiast tego każda warstwa zakrzywia nieco padające na nią światło, a następna warstwa zakrzywia je nieco bardziej i tak dalej, aż sekwencja warstw odwraca światło dokoła i odbija je z powrotem, by skupiło się na siatkówkach (zobacz to wyjaśnienie z Duke University). To jest niezwykły wyczyn doboru naturalnego.
Równie niezwykła jest kalkulacja (z symulacji autorów), że światło najlepiej odbija się w niebiesko-zielonym spectrum: dokładnie tej długości fali światła, jaka dociera na dno morza do środowiska przegrzebków.
Co więcej, jak sugeruje jeden z autorów modeli, światło z różnych części oka inaczej dociera do tych dwóch siatkówek. Światło wpadające środkiem oka jest kierowane do zewnętrznej siatkówki, podczas gdy światło padające z boków oka idzie do wewnętrznej siatkówki. Tak więc te dwie siatkówki dają informacje o różnych częściach habitatu. Dlaczego miałoby to być użyteczne? Jak sugerują autorzy, peryferyjne widzenie może pomóc przegrzebkowi w kierowaniu jego ruchami podczas pływania i pomóc w znalezieniu nowego miejsca, by osiąść, podczas gdy wizja centralna może dać informację o zbliżającym się drapieżniku.
Wreszcie, dane nadchodzące z różnych oczu zostają zintegrowane i wysłane do “mózgu” przegrzebka lub, jak to opisują autorzy „bocznych płatów zwoju ścienno-trzewnego, miejsca przetwarzania wzrokowego przegrzebków”. Nie ma więc niezależnych danych z każdego oka, co nie jest naprawdę potrzebne, ponieważ siatkówki rozróżniają inne części środowiska przegrzebka.
Lustro odbijające światło na detektor obrazu jest tym właśnie sposobem, na jaki działają teleskopy zwierciadlane, choć skonstruowane przez ludzi lustra bardzo różnią się od luster przegrzebka. Właściwie nie sądzę, by ludzie byli zdolni do wyprodukowania takich luster, jakie robią te małże. Jak kiedyś powiedział Leslie Orgel: ewolucja jest mądrzejsza od ciebie.
Profesor (emeritus) na wydziale ekologii i ewolucji University of Chicago, jego książka "Why Evolution is True" (Polskie wydanie: "Ewolucja jest faktem", Prószyński i Ska, 2009r.) została przełożona na kilkanaście języków, a przez Richarda Dawkinsa jest oceniana jako najlepsza książka o ewolucji. Jerry Coyne jest jednym z najlepszych na świecie specjalistów od specjacji, rozdzielania się gatunków. Jest wielkim miłośnikiem kotów i osobistym przyjacielem redaktor naczelnej.
