A fésűkagyló szó általában egy lédús, kerek hasizmot idéz – egy tengeri csemegét. Ezért nem széles körben ismert, hogy a fésűkagylóknak akár 200 apró szemük is lehet a kagylóhéjukat bélelő köpeny szélén. Ezeknek a kagylószemeknek az összetettségét még mindig nem sikerült feltárni. A Current Biology című folyóiratban megjelent új tanulmányból kiderül, hogy a kagylószemek pupillája a fény hatására kitágul és összehúzódik, ami sokkal dinamikusabbá teszi őket, mint korábban hitték.
“Meglepő, hogy mennyi mindent tudunk meg arról, hogy milyen összetett és funkcionális a kagylószem” – mondja Todd Oakley, a Santa Barbara-i Kaliforniai Egyetem evolúcióbiológusa.
A kagylószemek optikája egészen másképp épül fel, mint a mi szemszerveinké. Ahogy a fény belép a fésűkagyló szemébe, áthalad a pupillán, egy lencsén, két retinán (distalis és proximális), majd eléri a szem hátsó részén lévő guaninkristályokból álló tükröt. Az ívelt tükör visszaveri a fényt a retinák belső felületére, ahol idegi jelek keletkeznek, amelyeket egy kis zsigeri ganglionhoz, azaz idegsejtek csoportjához küldenek, amelynek fő feladata a fésűkagyló bél- és hajtóizmainak irányítása. A fésűkagyló szemének felépítése hasonlít a fejlett távcsövekben található optikai rendszerekhez.
A fésűkagyló szemének fizikája és optikája sokáig zavarba ejtő problémát jelentett. “A szem fő retinája szinte teljesen fókuszálatlan fényt kap, mert túl közel van a tükörhöz” – mondja Dan Speiser, a Dél-Karolinai Egyetem látáskutatója, az új tanulmány vezető szerzője. Más szóval, a proximális retinán megjelenő bármilyen kép elmosódott és fókuszálatlan lenne. “Ez számomra annyira ésszerűtlennek tűnik” – mondja Speiser.
Az új tanulmány fényt derít erre a rejtélyre. A kutatók megállapították, hogy a fésűkagyló pupillái képesek kinyílni és összehúzódni, bár a pupillareakcióik nem olyan gyorsak, mint a miénk. A fésűkagyló pupillájának átmérője legfeljebb 50 százalékkal változik, és a tágulás vagy összehúzódás több percig is eltarthat. Szemüknek nincs írisze, mint a mi szemünknek, ehelyett a szaruhártya sejtjei változtatják alakjukat, vékony és laposból magas és hosszúvá válva. Ezek az összehúzódások megváltoztathatják magának a szaruhártyának a görbületét, ami megnyitja annak lehetőségét, hogy a fésűkagyló szeme úgy változtassa meg alakját, és úgy reagáljon a fényre, hogy élesebb képeket tudjon alkotni a proximális retinán.
“Ez valóban megváltoztatja annak a szemnek és végső soron a szervezetnek a képességét, hogy olyan típusú felbontással legyen képes látni a környezetét” – mondja Jeanne Serb, az Iowa Állami Egyetem látáskutatója.
Most Speiser azon dolgozik, hogy megértse, a fésűkagylók képesek-e megváltoztatni a tükör és a szem egészének görbületét, ami lehetővé tenné, hogy még jobban beállítsa a kép fókuszát. “A szem dinamikus szerkezete új lehetőségeket nyit meg azzal kapcsolatban, hogy mit lehet tenni egy ilyen tüköralapú szemmel” – mondja Speiser.
Az adaptív tükrök nem a fésűkagylószem egyetlen rejtélye. “Kiderült, hogy a kagylószemeknek háromszor annyi opsinjuk van, mint nekünk” – mondja Serb. Az opsinok a retina fotoreceptor sejtjeiben található fényérzékeny fehérjék, amelyek a fény elektrokémiai jelekké való átalakítását közvetítik. A tudósok nem tudják, hogy mind a 12 kagylóopszin kifejeződik-e minden egyes kagylószemben, vagy a szemek a látási spektrum különböző csatornáira specializálódnak. Egyes opsinok a proximális retinában fejeződhetnek ki, míg mások a disztális retinában.
Serb csapata az Iowa Állami Egyetemen tanulmányozza az opsinokat a fésűkagylókban, kagylókban és más állatokban. A kéthéjú kagylók – kagylók, amelyek két összeillő, csuklóval összekapcsolt kagylóhéjban élnek – többször is kifejlesztették a szem valamilyen formáját. Néhány kagylónak még összetett szeme is van, vagyis több látóegységből álló szeme, bár ezek különböznek a rovarok ismertebb összetett szemeitől. A különböző opsinok állatokon kívüli tanulmányozásával Serb meg tudja mérni a felszívódásukat, és végül megértheti, hogyan működnek a különböző állatokban.
A szemek valószínűleg legalább 50-60 alkalommal fejlődtek ki az összes állatban, és sok esetben a látás molekuláris alapjai – a fényjeleket elektromos jelekké alakító fehérjék – meglehetősen nagy mértékben változnak. “A nagy evolúciós kérdés számomra az, hogy hogyan fejlődtek ki ezek a fehérjék a fénymintavételezéshez. És aztán hogyan specifikálódnak a különböző típusú fénykörnyezetekre, amelyekben az állatok előfordulhatnak?” – tette hozzá. kérdezi Serb. Úgy véli, hogy az opsinok a legtöbb esetben valamilyen más állati funkcióból kerülnek át a szembe.
Noha a szem morfológiája és a fotoreceptorok sokfélesége az állatok között nagy, az építőelemek – a szem fejlődését irányító gének – figyelemre méltóan hasonlóak. Például a Pax6 egy olyan fejlődési gén, amely kritikus szerepet játszik a szem fejlődésében az emlősökben, és hasonló szerepet játszik a kagylószemek fejlődésében is. Andrew Swafford és Oakley egy nemrégiben megjelent tanulmány preprintjében azzal érvel, hogy ezek a hasonlóságok elhitetik, hogy számos szemtípus a fény okozta stresszre adott válaszként fejlődhetett ki. Az ultraibolya-károsodás specifikus molekuláris változásokat okoz, amelyek ellen a szervezetnek védekeznie kell.”
“Annyira meglepő volt, hogy újra és újra, mindezeknek az összetevőknek, amelyeket a szemek felépítéséhez használnak, és a látásban is felhasználnak, ilyen védelmi funkciójuk van” – mondja Oakley. Ezeknek az összetevőknek a mély történetében olyan genetikai tulajdonságok vannak, amelyek a fény okozta stresszre adott válaszreakciókat váltanak ki, például az UV-sugárzás okozta károsodások javítását vagy az UV-károsodás melléktermékeinek észlelését. Ha az UV-károsodás észlelésében és az arra való reagálásban részt vevő gének együttesen fejeződnek ki, akkor lehet, hogy csak egy új módon kell kombinálni ezeket a részeket, ami szemet ad – vélik a kutatók.
“A stresszfaktor talán először hozhatja össze ezeket a komponenseket” – mondja Swafford. “És így a látáshoz vezető, e különböző összetevők közötti kölcsönhatások eredete inkább ennek a stresszfaktornak tulajdonítható. És ha már megvannak az összetevők, legyenek azok pigmentek, fotoreceptorok vagy lencsesejtek, akkor a természetes szelekció hatására ezekből szemek lesznek.”
Hogyan is készültek, a kagylószemek lenyűgöző funkcionalitással rendelkeznek: belső tükreiket elferdítik, hogy a fényt távcsőszerűen fókuszba állítsák. Tehát legközelebb, amikor fokhagymás fésűkagylót fogyasztasz, próbáld meg nem elképzelni, hogy a puhatestűek visszabámulnak rád.
