Das Wort „Jakobsmuschel“ erinnert normalerweise an einen saftigen, runden Adduktorenmuskel – eine Delikatesse aus dem Meer. Daher ist es nicht allgemein bekannt, dass Jakobsmuscheln bis zu 200 winzige Augen am Rand des Mantels haben, der ihre Schale auskleidet. Die Komplexität dieser Muschelaugen ist noch nicht ganz erforscht. Eine neue Studie, die in der Zeitschrift Current Biology veröffentlicht wurde, zeigt, dass die Augen der Jakobsmuschel Pupillen haben, die sich als Reaktion auf Licht erweitern und zusammenziehen, was sie weitaus dynamischer macht als bisher angenommen.
„Es ist einfach überraschend, wie viel wir darüber herausfinden, wie komplex und funktionell diese Augen der Jakobsmuschel sind“, sagt Todd Oakley, ein Evolutionsbiologe an der Universität von Kalifornien, Santa Barbara.
Die Optik der Augen der Jakobsmuschel ist ganz anders aufgebaut als unsere eigenen Augenorgane. Wenn das Licht in das Auge der Jakobsmuschel 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 gebogene Spiegel reflektiert das Licht auf die Innenseite der Netzhaut, wo neuronale Signale erzeugt und an ein kleines viszerales Ganglion oder eine Gruppe von Nervenzellen gesendet werden, deren Hauptaufgabe darin besteht, den Darm und den Adduktorenmuskel der Jakobsmuschel zu steuern. Die Struktur des Auges der Jakobsmuschel ähnelt den optischen Systemen, die in modernen Teleskopen zu finden sind.
Für viele Jahre stellten die Physik und die Optik des Auges der Jakobsmuschel ein rätselhaftes Problem dar. „Die Hauptnetzhaut im Auge bekommt fast nur unscharfes Licht ab, weil sie zu nahe am Spiegel liegt“, sagt Dan Speiser, Sehforscher an der University of South Carolina und Hauptautor der neuen Studie. Mit anderen Worten: Jedes Bild auf der nahen Netzhaut wäre verschwommen und unscharf. „Das erscheint mir einfach unvernünftig“, sagt Speiser.
Die neue Studie bringt etwas Licht in dieses Rätsel. Die Forscher fanden heraus, dass sich die Pupillen der Jakobsmuschel öffnen und zusammenziehen können, obwohl ihre Pupillenreaktion nicht so schnell ist wie die unsere. Der Durchmesser der Pupille einer Jakobsmuschel ändert sich höchstens um etwa 50 Prozent, und die Erweiterung oder Verengung kann mehrere Minuten dauern. Ihre Augen haben keine Iris wie unsere Augen. Stattdessen verändern die Zellen in der Hornhaut ihre Form, indem sie von dünn und flach zu hoch und lang werden. Diese Kontraktionen können die Krümmung der Hornhaut selbst verändern, was die Möglichkeit eröffnet, dass das Auge der Jakobsmuschel seine Form verändert und so auf das Licht reagiert, dass es schärfere Bilder auf der proximalen Netzhaut erzeugen kann.
„Das verändert wirklich die Fähigkeit des Auges und letztlich des Organismus, seine Umgebung mit der nötigen Auflösung wahrzunehmen“, sagt Jeanne Serb, Sehforscherin an der Iowa State University.
Speiser will nun herausfinden, ob die Jakobsmuscheln in der Lage sind, die Krümmung des Spiegels und des Auges als Ganzes zu verändern, was es ihnen ermöglichen würde, den Fokus des Bildes noch weiter anzupassen. „Die dynamischen Strukturen der Augen eröffnen einige neue Möglichkeiten, was man mit einem spiegelbasierten Auge wie diesem tun kann“, sagt Speiser.
Anpassungsfähige Spiegel sind nicht das einzige Geheimnis des Muschelauges. „Es hat sich herausgestellt, dass Jakobsmuschelaugen dreimal so viele Opsine haben wie wir“, sagt Serb. Opsine sind lichtempfindliche Proteine in den Photorezeptorzellen der Netzhaut, die die Umwandlung von Licht in elektrochemische Signale vermitteln. Die Wissenschaftler wissen nicht, ob alle 12 Opsine der Jakobsmuschel in jedem einzelnen Auge exprimiert werden oder ob sich die Augen auf verschiedene Kanäle des Sehspektrums spezialisieren. Einige Opsine könnten in der proximalen Retina exprimiert werden, während andere in der distalen Retina zu finden sind.
Serbs Team an der Iowa State University untersucht die Opsine in Jakobsmuscheln, Muscheln und anderen Tieren. Muscheln – Weichtiere, die in zwei zusammenpassenden, schalenförmigen Schalen leben, die durch ein Scharnier miteinander verbunden sind – haben sich mehrfach in irgendeiner Form von Augen entwickelt. Einige Muscheln haben sogar Facettenaugen oder Augen mit mehreren visuellen Einheiten, obwohl sie sich von den bekannteren Facettenaugen der Insekten unterscheiden. Indem er die verschiedenen Opsine außerhalb der Tiere untersucht, kann Serb ihre Absorption messen und schließlich verstehen, wie sie in den verschiedenen Tieren funktionieren.
Augen haben sich wahrscheinlich mindestens 50 oder 60 Mal bei allen Tieren entwickelt, und in vielen Fällen sind die molekularen Grundlagen des Sehens – die Proteine, die Lichtsignale in elektrische Signale umwandeln – recht unterschiedlich. „Die große evolutionäre Frage für mich lautet: Wie entwickeln sich diese Proteine, um Licht zu erfassen? Und wie werden sie dann an die verschiedenen Arten von Lichtumgebungen angepasst, in denen die Tiere vorkommen können?“ fragt Serb. Sie glaubt, dass die Opsine in den meisten Fällen von einer anderen Funktion innerhalb des Tieres für die Augen umgewidmet werden.
Obwohl die Augenmorphologie und die Photorezeptoren bei den verschiedenen Tieren sehr unterschiedlich sind, sind die Bausteine – die Gene, die die Augenentwicklung steuern – bemerkenswert ähnlich. So ist zum Beispiel Pax6 ein Entwicklungsgen, das für die Augenentwicklung bei Säugetieren entscheidend ist, und es spielt eine ähnliche Rolle bei der Entwicklung von Muschelaugen. In einer kürzlich veröffentlichten Studie argumentieren Andrew Swafford und Oakley, dass diese Ähnlichkeiten darauf hindeuten, dass sich viele Arten von Augen als Reaktion auf lichtinduzierten Stress entwickelt haben könnten. Ultraviolette Schäden verursachen spezifische molekulare Veränderungen, gegen die sich ein Organismus schützen muss.
„Es war so überraschend, dass immer wieder alle diese Komponenten, die zum Bau von Augen verwendet werden und auch beim Sehen zum Einsatz kommen, diese Schutzfunktionen haben“, sagt Oakley. In der Geschichte dieser Komponenten gibt es genetische Merkmale, die Reaktionen auf lichtinduzierten Stress auslösen, wie die Reparatur von Schäden durch UV-Strahlung oder die Erkennung von Nebenprodukten von UV-Schäden. Wenn die Gene, die an der Erkennung von und der Reaktion auf UV-Schäden beteiligt sind, zusammen exprimiert werden, dann ist es vielleicht nur eine Frage der Kombination dieser Teile in einer neuen Art und Weise, die Ihnen ein Auge gibt, so die Forscher.
„Der Stressfaktor kann diese Komponenten vielleicht zum ersten Mal zusammenbringen“, sagt Swafford. „Der Ursprung der Wechselwirkungen zwischen diesen verschiedenen Komponenten, die zum Sehen führen, ist also eher auf diesen Stressfaktor zurückzuführen. Und wenn die Komponenten erst einmal da sind, ob es sich nun um Pigmente, Photorezeptoren oder Linsenzellen handelt, dann sorgt die natürliche Auslese dafür, dass sie zu Augen werden.“
Wie auch immer sie entstanden sind, die Augen der Jakobsmuschel haben eine beeindruckende Funktionalität: Sie verformen ihre inneren Spiegel, um das Licht wie ein Teleskop zu fokussieren. Wenn Sie also das nächste Mal ein paar Knoblauchmuscheln genießen, stellen Sie sich nicht vor, wie die Muscheln Sie anstarren.
