Słowo „przegrzebek” zwykle przywołuje na myśl soczysty, okrągły mięsień przywodziciela – przysmak z owoców morza. Nie jest więc powszechnie znane, że przegrzebki mają do 200 maleńkich oczu wzdłuż krawędzi płaszcza wyściełającego ich muszle. Złożoność tych oczu mięczaków wciąż jest odkrywana. Nowe badanie opublikowane w Current Biology ujawnia, że oczy przegrzebków mają źrenice, które rozszerzają się i kurczą w odpowiedzi na światło, co czyni je znacznie bardziej dynamicznymi niż wcześniej sądzono.
„To po prostu zaskakujące, jak wiele dowiadujemy się o tym, jak złożone i jak funkcjonalne są te oczy przegrzebków”, mówi Todd Oakley, biolog ewolucyjny z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara.
Optyka oczu przegrzebków jest ustawiona zupełnie inaczej niż nasze własne narządy wzroku. Jak światło wchodzi do oka przegrzebka, przechodzi przez źrenicę, soczewkę, dwie siatkówki (dystalną i proksymalną), a następnie dociera do lustra wykonanego z kryształów guaniny z tyłu oka. Zakrzywione lusterko odbija światło na wewnętrznej powierzchni siatkówki, gdzie generowane są sygnały nerwowe i wysyłane do małego zwoju trzewnego, czyli skupiska komórek nerwowych, których głównym zadaniem jest kontrolowanie pracy jelit i mięśni przywodzicieli przegrzebka. Struktura oka przegrzebka jest podobna do systemów optycznych znajdujących się w zaawansowanych teleskopach.
Przez wiele lat fizyka i optyka oka przegrzebka stanowiła kłopotliwy problem. „Główna siatkówka oka otrzymuje prawie całkowicie nieostre światło, ponieważ znajduje się zbyt blisko lustra”, mówi Dan Speiser, naukowiec zajmujący się widzeniem na Uniwersytecie Południowej Karoliny i starszy autor nowych badań. Innymi słowy, każdy obraz na proksymalnej siatkówce byłby rozmazany i nieostry. „To po prostu wydaje mi się tak nierozsądne”, mówi Speiser.
Nowe badanie rzuca trochę światła na tę tajemnicę. Naukowcy odkryli, że źrenice przegrzebka są w stanie otwierać się i kurczyć, choć ich reakcje źrenic nie są tak szybkie jak nasze. Średnica źrenicy przegrzebka zmienia się najwyżej o około 50 procent, a rozszerzenie lub skurcz może trwać kilka minut. Ich oczy nie mają tęczówek, tak jak nasze, a zamiast tego komórki w rogówce zmieniają kształt, przechodząc od cienkich i płaskich do wysokich i długich. Te skurcze mogą zmienić krzywiznę samej rogówki, otwierając możliwość, że oko przegrzebka może zmienić kształt i reagować na światło w sposób, który umożliwia tworzenie ostrzejszych obrazów na bliższej siatkówce.
„To naprawdę zmienia zdolność tego oka i ostatecznie organizmu, aby być w stanie mieć rodzaj rozdzielczości, aby zobaczyć swoje środowisko”, mówi Jeanne Serb, naukowiec wizji na Iowa State University.
Teraz Speiser pracuje, aby zrozumieć, czy przegrzebki są w stanie zmienić krzywiznę lustra i oka jako całości, co pozwoliłoby mu dostosować ostrość obrazu jeszcze bardziej. „Dynamiczne struktury oczu otwierają nowe możliwości dla tego, co można zrobić z okiem opartym na lustrze jak to,” mówi Speiser.
Adaptacyjne lustra nie są jedyną tajemnicą oka przegrzebka. „Okazuje się, że oczy przegrzebka mają trzy razy więcej opsyn niż my” – mówi Serb. Opsyny są wrażliwymi na światło białkami znajdującymi się w komórkach fotoreceptorowych siatkówki, które pośredniczą w przekształcaniu światła w sygnały elektrochemiczne. Naukowcy nie wiedzą, czy wszystkie 12 opsyn przegrzebka jest wyrażanych w każdym oku przegrzebka, czy też oczy specjalizują się w różnych kanałach spektrum widzenia. Niektóre opsyny mogą być wyrażane w proksymalnej siatkówce, podczas gdy inne są w siatkówce dystalnej.
Zespół Serba w Iowa State bada opsyny w przegrzebkach, małżach i innych zwierzętach. Małże – mięczaki, które żyją wewnątrz dwóch pasujących do siebie muszli połączonych zawiasem – wielokrotnie ewoluowały jakąś formę oka. Niektóre małże mają nawet oczy złożone, czyli oczy z wieloma jednostkami wizualnymi, choć różnią się one od lepiej znanych oczu złożonych owadów. Badając różne opsyny poza zwierzętami, Serb może zmierzyć ich absorpcję i ostatecznie zrozumieć, jak działają one w różnych zwierząt.
Oczy prawdopodobnie ewoluowały co najmniej 50 lub 60 razy przez wszystkie zwierzęta, a w wielu przypadkach, molekularne podstawy wizji-białka, które tłumaczą sygnały świetlne na sygnały elektryczne-różnią się dość mocno. „Ważnym pytaniem ewolucyjnym jest dla mnie, jak te białka ewoluują, by próbkować światło? A następnie, jak stają się one określone do różnych typów środowisk świetlnych, w których zwierzęta mogą występować?” pyta Serb. Ona wierzy, że opsyny, w większości przypadków, są ponownie wykorzystane z jakiejś innej funkcji w ramach zwierzęcia do wykorzystania w oczach.
Ale istnieje różnorodność morfologii oczu i fotoreceptorów w całej zwierząt, klocki – geny, które kontrolują rozwój oczu – są niezwykle podobne. Na przykład, Pax6 jest genem rozwojowym, który jest krytyczny dla rozwoju oka u ssaków i odgrywa podobną rolę w rozwoju oczu przegrzebka. W najnowszym artykule Andrew Swafford i Oakley dowodzą, że te podobieństwa świadczą o tym, że wiele typów oczu mogło wyewoluować w odpowiedzi na stres wywołany światłem. Ultrafioletowe uszkodzenia powoduje specyficzne zmiany molekularne, że organizm musi chronić przed.
„To było tak zaskakujące, że raz po raz, wszystkie te składniki, które są używane do budowy oczu, a także są wykorzystywane w wizji, mają te funkcje ochronne,” Oakley mówi. W głębokiej historii tych komponentów są cechy genetyczne, które wyzwalają reakcje na stres wywołany światłem, takie jak naprawa uszkodzeń spowodowanych promieniowaniem UV lub wykrywanie produktów ubocznych uszkodzeń UV. Gdy zestaw genów zaangażowanych w wykrywanie i reagowanie na uszkodzone UV są wyrażane razem, to może być tylko kwestia łączenia tych części w nowy sposób, który daje oko, naukowcy sugerują.
„Czynnik stresu może połączyć te składniki być może po raz pierwszy,” Swafford mówi. „I tak początki interakcji między tymi różnymi składnikami, które prowadzą do wizji, są bardziej przypisywalne temu czynnikowi stresu. A następnie, gdy składniki są tam, czy to pigmenty lub fotoreceptorów lub komórek soczewki, a następnie dobór naturalny działa do opracowania ich do oczu.”
Jakkolwiek zostały one wykonane, oczy przegrzebki mają pewne imponujące funkcjonalności, wypaczanie ich wewnętrzne lustra przynieść światło w ostrości jak teleskop. Więc następnym razem, gdy będziesz delektować się czosnkowymi przegrzebkami, spróbuj nie wyobrażać sobie, że mięczaki spoglądają na ciebie z powrotem.
