Обнаружен примитивный «гиперглаз»
Международная исследовательская группа обнаружила у трилобитов подотряда Phacopina из девонского периода (390 млн лет назад) уникальную для животного мира зрительную систему: каждая из примерно 200 линз «гиперфасеточного» глаза охватывает группу из шести обычных фасеток фасеточного глаза, образуя сама по себе сложный глаз. Помимо гиперфасеточных глаз, исследователи под руководством зоолога доктора Бриджит Шёнеманн из Института дидактики биологии Кёльнского университета идентифицировали структуру, которую считают локальной нейронной сетью для прямой обработки информации от этого особого глаза, и зрительный нерв, передававший информацию от глаза к мозгу. Статья «Гиперсложный глаз возрастом 390 миллионов лет у девонских фасеточных трилобитов» опубликована в Scientific Reports.
Трилобиты — это членистоногие, некогда населявшие океаны и вымершие около 251 млн лет назад. Открытие было сделано при изучении Шёнеманн и её коллегами рентгеновских снимков, сделанных в 1970-х годах радиологом и палеонтологом-любителем Вильгельмом Штюрмером. Штюрмер уже тогда считал нитевидные структуры под глазами трилобитов нервами или системой, проводящей свет. Шёнеманн также обнаружила на снимках пометки Штюрмера, обозначающие шесть подфасеток. Однако в то время учёные не верили его интерпретациям. Теперь же повторное изучение снимков и проверка с помощью современной компьютерной томографии позволили подтвердить его догадки.
У большинства трилобитов были фасеточные глаза, похожие на глаза современных насекомых: множество шестиугольных фасеток формируют глаз. Под каждой фасеткой обычно находится восемь фоторецепторов. Подобно изображению на экране компьютера, которое складывается из отдельных пикселей, изображение формируется из отдельных фасеток. У стрекоз до десяти тысяч отдельных фасеток. Для создания связного изображения фасетки должны быть очень близко друг к другу и соединены нейронами.
Однако у трилобитов подотряда Phacopinae внешне видимые линзы фасеточных глаз были гораздо крупнее — до 1 мм в диаметре и более — и расположены дальше друг от друга. До сих пор учёные не могли это объяснить, так как терялось пространство для улавливания света. Поскольку под линзой находится небольшая чашечка, предполагалось, что на дне капсулы находится небольшая сетчатка, сравнимая с человеческой.
Анализ доктора Шёнеманн 40-летнего рентгеновского архива Вильгельма Штюрмера теперь предполагает иную интерпретацию: гиперсложный глаз. У каждого фасопида было два глаза, левый и правый. «Каждый из этих глаз состоял примерно из 200 линз размером до 1 мм, — сказала Шёнеманн. — Под каждой из этих линз, в свою очередь, расположено не менее 6 фасеток, каждая из которых вместе снова составляет маленький фасеточный глаз. Таким образом, мы имеем около 200 сложных глаз (по одному под каждой линзой) в одном глазу». Эти подфасетки расположены либо в одно, либо в два кольца. «Под ними находилось гнездо пенистой структуры, которое, вероятно, представляло собой небольшую нейронную сеть для обработки сигналов», — добавила зоолог. Обнаруженные Штюрмером нитевидные структуры действительно оказались нервами, ведущими от глаз к мозгу трилобита. Дальнейшее изучение с помощью современной компьютерной томографии подтвердило эти структуры.
Вильгельм Штюрмер был главой рентгеновского отдела Siemens и страстным палеонтологом. На микроавтобусе VW, оборудованном как рентгеновская станция, он разъезжал по карьерам, чтобы делать рентгеновские снимки окаменелостей. Среди прочего, он обнаружил под глазами животных структуры, названные филаментами, которые считал окаменелостями мягких тканей, особенно зрительных нервов. «В то время считалось, что в окаменелостях можно увидеть только кости и зубы, твёрдые части живых существ, но не мягкие части, такие как кишечник или нервы», — пояснила Шёнеманн. Наследник Штюрмера передал зоологу его архив. Но палеонтолог-любитель не только правильно идентифицировал зрительный нерв: «На рентгеновском негативе была стрелка красной ручкой, указывающая на структуру из шести нижних фасеток под главной линзой. Вероятно, это означало, что Штюрмер уже распознал гиперсложный глаз». Однако в то время учёные полагали, что нервы не окаменевают, и что световоды не существуют в природных оптических системах. Оптические волокна были обнаружены только в 1980-х годах в фасеточных глазах глубоководного краба.
«Гиперглаз» трилобита мог быть эволюционной адаптацией к жизни в условиях низкой освещённости, считает Шёнеманн. Его высокосложный зрительный аппарат мог быть гораздо более чувствительным к свету, чем обычный глаз трилобита. «Также возможно, что отдельные компоненты глаза выполняли разные функции, обеспечивая, например, усиление контраста или восприятие разных цветов», — сказала биолог. Пока такой глаз обнаружен только у трилобитов подотряда Phacopinae: «Это уникально в животном мире», — заключила она. В ходе эволюции эта зрительная система не получила продолжения, поскольку трилобиты подотряда Phacopinae вымерли в конце девонского периода 360 млн лет назад.