Ordet "kamskjell" fremkaller vanligvis en saftig, rund adduktormuskulatur - en sjømatdelikatesse. Så det er ikke allment kjent at kamskjell har opptil 200 bittesmå øyne langs kanten av mantelen som feller skjellene sine. Kompleksitetene i disse bløtdyrøyene blir fortsatt avslørt. En ny studie publisert i Current Biology avslører at kamskjelløyne har elever som utvider seg og trekker seg sammen som respons på lys, noe som gjør dem langt mer dynamiske enn tidligere antatt.
"Det er bare overraskende hvor mye vi finner ut om hvor komplekse og hvor funksjonelle disse kamskjelløyene er, " sier Todd Oakley, en evolusjonsbiolog ved University of California, Santa Barbara.
Optikk av kamskjelløyne er satt opp veldig annerledes enn våre egne okulære organer. Når lys kommer inn i kamskjelløyet, passerer det gjennom eleven, en linse, to netthinner (distalt og proksimalt), og når frem til et speil laget av guaninkrystaller på baksiden av øyet. Det buede speilet reflekterer lyset på den indre overflaten av netthinnene, der nevrale signaler blir generert og sendt til en liten visceral ganglion, eller en klynge nerveceller, hvis viktigste oppgave er å kontrollere kamskjellens tarm- og adduktormuskulatur. Strukturen i et kamskjelløye ligner optikksystemene som finnes i avanserte teleskoper.
I mange år utgjorde fysikk og optikk i kamskjelløyet et forvirrende problem. "Hovednetthinnen i øyet får nesten fullstendig fokusert lys fordi det er for nær speilet, " sier Dan Speiser, en visjonsforsker ved University of South Carolina og seniorforfatteren av den nye studien. Med andre ord, ethvert bilde på den proksimale netthinnen vil være uskarpt og ute av fokus. "Det virker bare så urimelig for meg, " sier Speiser.
Den nye studien kaster litt lys på dette mysteriet. Forskerne fant at kamskjellelevene er i stand til å åpne og trekke seg sammen, selv om elevresponsene deres ikke er like raske som våre egne. En kamskjell-elevers diameter endrer seg med omtrent 50 prosent, og utvidelsen eller sammentrekningen kan ta flere minutter. Øynene deres har ikke iris slik øynene våre gjør, og i stedet endrer cellene i hornhinnen form ved å gå fra tynn og flat til høy og lang. Disse sammentrekningene kan endre krumningen av selve hornhinnen, og åpne muligheten for at kamskjelløyet kan endre form og reagere på lys på en måte som gjør det mulig å danne skarpere bilder på den proksimale netthinnen.
"Det endrer virkelig øyets evne og til slutt organismen for å kunne ha den type oppløsning for å se omgivelsene, " sier Jeanne Serb, en visjonsforsker ved Iowa State University.
Nå jobber Speiser for å forstå om kamskjellene er i stand til å endre speilets og øyets krumning som helhet, noe som gjør det mulig å justere fokuset på bildet ytterligere. "Øynenes dynamiske strukturer åpner for noen nye muligheter for hva du kan gjøre med et speilbasert øye som dette, " sier Speiser.
Adaptive speil er ikke kammuslingens eneste mysterium. "Det viser seg at kamskjelløyne har tre ganger så mange opins som vi gjør, " sier Serb. Opsins er lysfølsomme proteiner som finnes i fotoreseptorcellene i netthinnen som medier omdannelsen av lys til elektrokjemiske signaler. Forskere vet ikke om alle 12 kamskjellopinser kommer til uttrykk i hvert enkelt kamskjelløye, eller om øynene subspesialiserer seg i forskjellige kanaler i det visuelle spekteret. Noen opins kan komme til uttrykk i den proksimale netthinnen mens andre er i det distale netthinnen.
Serb's team i Iowa State studerer opins i kamskjell, muslinger og andre dyr. Samlinger - bløtdyr som bor i to samsvarende skjell som er koblet sammen med et hengsel - har utviklet en form for øye flere ganger. Noen muslinger har til og med sammensatte øyne, eller øyne med flere visuelle enheter, selv om de skiller seg fra de bedre kjente sammensatte øynene til insekter. Ved å studere de forskjellige opins utenfor dyrene, kan serber måle deres absorpsjon og til slutt forstå hvordan de fungerer i de forskjellige dyrene.
Øyne har sannsynligvis utviklet seg minst 50 eller 60 ganger på tvers av alle dyr, og i mange tilfeller varierer de molekylære synsfunksjonene - proteiner som oversetter lyssignaler til elektriske signaler - ganske mye. ”Det store evolusjonsspørsmålet for meg er, hvordan utvikler disse proteinene seg til å prøve lys? Og hvordan, hvordan blir det spesifisert til de forskjellige typer lysmiljøer som dyrene kan oppstå i? ”Spør Serb. Hun mener at opinsene, i de fleste tilfeller, blir gjenbrukt fra en annen funksjon i dyret som skal brukes i øynene.
Selv om det er et mangfold av øyemorfologier og fotoreseptorer på tvers av dyr, er byggesteinene - genene som styrer øyeutviklingen - bemerkelsesverdig like. For eksempel er Pax6 et utviklingsgen som er kritisk for øyeutvikling hos pattedyr, og det spiller en lignende rolle i utviklingen av kamskjelløyne. I en fersk forhåndsutskrift fra studien, argumenterer Andrew Swafford og Oakley for at disse likhetene mener det faktum at mange øyetyper kan ha utviklet seg som svar på lysindusert stress. Ultrafiolett skade forårsaker spesifikke molekylære forandringer som en organisme må beskytte mot.
"Det var så overraskende at gang på gang har alle disse komponentene som brukes til å bygge øyne, og også brukes i synet, disse beskyttende funksjonene, " sier Oakley. I den dype historien til disse komponentene er genetiske egenskaper som utløser respons på lysindusert stress, for eksempel å reparere skade fra UV-stråling eller oppdage biprodukter av UV-skade. Når pakken med gener som er involvert i å oppdage og svare på UV-skader, kommer til uttrykk sammen, kan det være bare et spørsmål om å kombinere disse delene på en ny måte som gir deg et øye, foreslår forskerne.
"Stressfaktoren kan samle disse komponentene kanskje for første gang, " sier Swafford. "Og derfor er opprinnelsen til samspillene mellom disse forskjellige komponentene som fører til syn, mer tilskrives denne stressfaktoren. Og så når komponentene først er der, enten det er pigmenter eller fotoreseptorer eller linseceller, virker naturlig seleksjon for å utdype dem til øynene. ”
Uansett hvordan de ble laget, har kamskjelløyne en viss imponerende funksjonalitet, og fordreier de indre speilene for å bringe lys i fokus som et teleskop. Så neste gang du koser deg med hvitløkskjellskjell, prøv å ikke forestille deg bløtdyrene som stirrer tilbake på deg.
