Sanasta ”kampasimpukka” tulee yleensä mieleen mehevä, pyöreä lähentäjälihas – merenelävä herkku. Niinpä ei ole laajalti tiedossa, että kampasimpukoilla on jopa 200 pientä silmää niiden kuorta peittävän vaipan reunalla. Näiden nilviäissilmien monimutkaisuus on vasta paljastumassa. Current Biology -lehdessä julkaistussa uudessa tutkimuksessa paljastuu, että kampasimpukan silmien pupillit laajenevat ja supistuvat valon vaikutuksesta, mikä tekee niistä paljon dynaamisemmat kuin aiemmin on luultu.
”On yllättävää, miten paljon saamme selville siitä, miten monimutkaisia ja toimivia nämä kampasimpukan silmät ovat”, sanoo Kalifornian yliopistossa Santa Barbarassa työskentelevä evoluutiobiologi Todd Oakley.
Kampasimpukan silmien optiikka on hyvin erilainen kuin omien silmäelimiemme. Kun valo tulee kampasimpukan silmään, se kulkee pupillin, linssin, kahden verkkokalvon (distaalisen ja proksimaalisen) läpi ja saavuttaa sitten guaniinikiteistä tehdyn peilin silmän takaosassa. Kaareva peili heijastaa valon verkkokalvojen sisäpinnalle, jossa syntyy hermosignaaleja, jotka lähetetään pienelle viskeraaliselle ganglionille eli hermosolurykelmälle, jonka päätehtävänä on ohjata kampasimpukan suolistoa ja adduktor-lihasta. Kampasimpukan silmän rakenne on samankaltainen kuin kehittyneissä kaukoputkissa olevat optiikkajärjestelmät.
Monien vuosien ajan kampasimpukan silmän fysiikka ja optiikka muodostivat hämmentävän ongelman. ”Silmän pääverkkokalvo saa lähes täysin tarkentumatonta valoa, koska se on liian lähellä peiliä”, sanoo Dan Speiser, Etelä-Carolinan yliopiston näöntutkija ja uuden tutkimuksen vanhempi kirjoittaja. Toisin sanoen mikä tahansa kuva läheisellä verkkokalvolla olisi epätarkka ja epätarkka. ”Se tuntuu minusta järjettömältä”, Speiser sanoo.
Uusi tutkimus valaisee tätä mysteeriä. Tutkijat havaitsivat, että kampasimpukan pupillit pystyvät avautumaan ja supistumaan, vaikkakaan niiden pupillireaktiot eivät ole yhtä nopeita kuin meidän omamme. Kampasimpukan pupillin halkaisija muuttuu korkeintaan noin 50 prosenttia, ja laajentuminen tai supistuminen voi kestää useita minuutteja. Niiden silmissä ei ole iiriksiä kuten meidän silmissämme, vaan sarveiskalvon solut muuttavat muotoaan muuttumalla ohuista ja litteistä pitkiksi ja pitkiksi. Nämä supistukset voivat muuttaa itse sarveiskalvon kaarevuutta, mikä avaa mahdollisuuden, että kampasimpukan silmä voi muuttaa muotoaan ja reagoida valoon tavalla, joka mahdollistaa terävämpien kuvien muodostamisen verkkokalvolla.
”Se todella muuttaa tuon silmän ja viime kädessä koko organismin kykyä saada sellaista resoluutiota, jolla se pystyy näkemään ympäristönsä”, sanoo Iowan osavaltionyliopiston näöntutkija Jeanne Serb.
Nyt Speiser pyrkii ymmärtämään, kykenevätkö kampasimpukat muuttamaan peilin ja koko silmän kaarevuutta, mikä mahdollistaisi kuvan tarkennuksen säätämisen entisestään. ”Silmien dynaamiset rakenteet avaavat uusia mahdollisuuksia sille, mitä tällaisella peilipohjaisella silmällä voi tehdä”, Speiser sanoo.
Adaptiiviset peilit eivät ole kampasimpukan silmän ainoa arvoitus. ”Kävi ilmi, että kampasimpukan silmissä on kolme kertaa enemmän opsineja kuin meillä”, Serb sanoo. Opsiinit ovat verkkokalvon valoreseptorisoluissa olevia valoherkkiä proteiineja, jotka välittävät valon muuntamista sähkökemiallisiksi signaaleiksi. Tutkijat eivät tiedä, ilmenevätkö kaikki 12 kampasimpukan opsiinia jokaisessa kampasimpukan silmässä vai erikoistuvatko silmät näköspektrin eri kanaviin. Jotkin opsiinit saattavat ilmentyä proksimaalisessa verkkokalvolla, kun taas toiset ovat distaalisessa verkkokalvolla.
Serbin ryhmä Iowan osavaltiossa tutkii opsineja kampasimpukoissa, simpukoissa ja muissa eläimissä. Simpukat – nilviäiset, jotka elävät kahden samanlaisen, saranalla yhdistetyn kuppimaisen kuoren sisällä – ovat kehittäneet jonkinlaisen silmän useita kertoja. Joillakin simpukoilla on jopa yhdistelmäsilmät eli silmät, joissa on useita näköyksiköitä, vaikka ne eroavatkin paremmin tunnetuista hyönteisten yhdistelmäsilmistä. Tutkimalla eri opsineja eläinten ulkopuolella Serb voi mitata niiden absorptiota ja lopulta ymmärtää, miten ne toimivat eri eläimissä.
Silmät ovat todennäköisesti kehittyneet ainakin 50-60 kertaa kaikissa eläimissä, ja monissa tapauksissa näön molekulaarinen perusta – valosignaalit sähköisiksi signaaleiksi muuttavat proteiinit – vaihtelee melko paljon. ”Suuri evolutiivinen kysymys minulle on, miten nämä proteiinit kehittyvät valon näytteenottoa varten. Ja miten ne sitten spesifioituvat erityyppisiin valoympäristöihin, joissa eläimet voivat esiintyä?” Serb kysyy. Hän uskoo, että useimmissa tapauksissa opsiinit siirretään jostain muusta tehtävästä eläimen sisällä silmissä käytettäviksi.
Vaikka silmien morfologiat ja valoreseptorit ovat hyvin erilaisia eri eläimillä, rakennuspalikat – geenit, jotka kontrolloivat silmien kehitystä – ovat huomattavan samanlaisia. Esimerkiksi Pax6 on kehitysgeeni, joka on kriittinen silmien kehitykselle nisäkkäillä, ja sillä on samanlainen rooli kampasimpukan silmien kehityksessä. Andrew Swafford ja Oakley väittävät tuoreessa tutkimuksen esipainoksessa, että nämä samankaltaisuudet uskovat, että monet silmätyypit ovat saattaneet kehittyä vastauksena valon aiheuttamaan stressiin. Ultraviolettivauriot aiheuttavat erityisiä molekyylimuutoksia, joita vastaan eliön on suojauduttava.
”Oli niin yllättävää, että kerta toisensa jälkeen kaikilla näillä komponenteilla, joita käytetään silmien rakentamiseen ja joita käytetään myös näkökyvyssä, on näitä suojaavia tehtäviä”, Oakley sanoo. Näiden komponenttien syvällä historiassa on geneettisiä ominaisuuksia, jotka laukaisevat reaktioita valon aiheuttamaan stressiin, kuten UV-säteilyn aiheuttamien vaurioiden korjaaminen tai UV-vaurioiden sivutuotteiden havaitseminen. Kun UV-vaurioiden havaitsemiseen ja niihin reagoimiseen osallistuvien geenien kokonaisuus ilmentyy yhdessä, kyse voi olla vain näiden osien yhdistämisestä uudella tavalla, joka antaa silmän, tutkijat ehdottavat.
”Stressitekijä voi yhdistää nämä osat ehkä ensimmäistä kertaa”, Swafford sanoo. ”Ja niinpä näiden eri komponenttien välisen vuorovaikutuksen alkuperä, joka johtaa näkökykyyn, johtuu enemmänkin tästä stressitekijästä. Ja sitten kun komponentit ovat olemassa, olivatpa ne sitten pigmenttejä tai valoreseptoreita tai linssisoluja, luonnonvalinta kehittää ne silmiksi.”
Miten tahansa ne ovatkin syntyneet, kampasimpukan silmillä on vaikuttavia toimintoja, sillä ne vääristävät sisäisiä peilejään tuodakseen valon tarkentumaan kaukoputken tavoin. Kun siis seuraavan kerran nautit valkosipulinkampasimpukoita, yritä olla kuvittelematta, että nilviäiset tuijottavat takaisin sinuun.
