Вікова таємниця: Стародавні трилобіти мали кришталеві очі і ми досі не знаємо чому

Природа протягом століть випробовувала досить дикі підходи до вирішення життєвих проблем, і це також стосується органів зору.

Один з найдавніших прикладів складного ока, можливо, покладався на досить незвичний матеріал для фокусування світла, який не зустрічається в сучасних організмах. Очі належали вимерлій групі тварин під назвою трилобіти, і їхні очі були зроблені з твердого кристалу, мінералу, відомого як кальцит – дивна маленька примха, яка дає нам вікно в те, як ці ранні тварини відчували світ навколо себе.

Трилобіти вимерли близько 250 мільйонів років тому, але існували ще близько 300 мільйонів років до цього. У скам’янілостях є багато планів тіла трилобітів, що свідчить про те, що ці 300 мільйонів років були дуже успішними. А оскільки їхні дивні очі були зроблені з каменю, вони часто чудово збереглися в численних скам’янілостях, які вони залишили після себе.

Так ми дізналися, що у трилобітів були складні очі, як у комах, що складалися з скупчень фоторецепторів, які називаються омматідіями, кожен з яких мав власні фоторецептори і лінзи. Дослідження зламаних ділянок скам’янілих лінз виявляють кристалічний матеріал, що складається з кальциту.

Чистий кальцит прозорий, тому, теоретично, світло могло проникати крізь нього і фокусуватися, де фоторецептори могли його виявити. Як і у випадку із зором комах, тут, ймовірно, був компроміс: трилобіти, ймовірно, не бачили з високою просторовою роздільною здатністю, але вони були особливо чутливі до руху.

Існувало три типи очей трилобітів. Найдавніший і найпоширеніший – це тип, відомий як голохроальний, в якому маленькі омматідії були вкриті єдиною рогівковою оболонкою, а сусідні лінзи безпосередньо контактували одна з одною.

Абатохроальне око зустрічається лише в родині Eodiscidae; маленькі лінзи вкриті тонкою рогівкою.

Нарешті, шизохроальне око зустрічається лише у підряду Phacopina. Лінзи більші, широко розставлені, і кожна з них має власну рогівку. На думку вчених, вони, ймовірно, були вузькоспеціалізованими.

Голохроальне око найбільш схоже на сучасні аппозиційні очі, які зустрічаються у деяких комах і ракоподібних, і вчені вважають, що вони працювали за схожим принципом. Кожне омматідіум працює окремо, і зображення, яке бачить комаха, є мозаїкою з усіх зображень разом узятих.

Проте з кальцитом все стає трохи складніше. Кальцит має одне з найсильніших двозаломлень у природі. Це означає, що він має два показники заломлення; світло розщеплюється двічі, проходячи крізь кальцит, і два промені рухаються з різною швидкістю, створюючи подвійне зображення.

Для маленьких омматідій, як у голохромного ока, це навряд чи буде проблемою; відхилення в променях менше, ніж у світлочутливого органу.

Для шизохроальних очей двозаломлення є більшою проблемою. Кришталь не є гнучким, тому більші омматідії не можуть змінити свій фокус, щоб зменшити ефект. Натомість вчені виявили, що шизохроальні очі мають так звану структуру дублетних кришталиків.

Це означає, що кришталик має два шари, кожен з яких має різний показник заломлення, що може коригувати двозаломлення, майже так само, як трилобіти мали вбудовані окуляри. Лінзи цього типу були винайдені окремо математиками Рене Декартом і Християном Гюйгенсом у 17 столітті, не знаючи, що трилобіти випередили їх.

При всьому нашому розумінні різних структур ока трилобіта, ми все ще не зовсім розуміємо, як працювало шизохроальне око, чи було воно схоже на аппозиційне око, чи робило щось інше, як можна було б припустити, зважаючи на різну структуру.

Нещодавнє дослідження показало, що шизохроальне око набагато складніше, ніж ми думали, що ще більше наближає нас до розгадки. Виявилося, що кожна лінза покриває власне маленьке складне око, утворюючи своєрідне “гіпер-око”.

Цілком можливо, що ми повністю помилялися щодо зору трилобітів. Дослідження 2019 року ставить під сумнів, чи могли кальцитні рогівки бути артефактами процесу консервації, а це означає, що їхні кришталеві очі набагато менш унікальні, ніж багато хто припускає.

Ми досі не знаємо, чому з’явився цей тип очей – і чи з’явився взагалі – і які переваги він давав, але тепер вчені, що вивчають зір трилобітів, мають новий погляд на нього.