Wenn ich hundert Augen hätte, was würde ich sehen? ——Die Evolution der Augen von Jakobsmuscheln

Die Gewinnerarbeiten des „China Science Popularization Youth Star Creation Competition“ 2023

Autor: Jie Yan

Der Sommer ist da und es ist Zeit zum Grillen. Das brutzelnde Knoblauchöl auf dem Feuer röstet die süßen und zarten Adduktormuskeln der Jakobsmuscheln. Der frische und duftende Saft läuft über, wenn Sie hineinbeißen, und dann nehmen Sie einen Bissen von den im Saft getränkten Fadennudeln. Es ist ein unbedingt zu bestellender Artikel, der an nächtlichen Imbissständen schon immer beliebt war. Haben Sie beim Kauen des Jakobsmuschelfleischs und der Fadennudeln schon einmal daran gedacht, dass sich unter den Knoblauchfadennudeln über hundert Augen der Jakobsmuschel verstecken und Sie beobachten?

Augenposition: Wo sollten meine etwa hundert Augen platziert sein?

Wenn wir mit diesem Thema weitermachen, werden wir unweigerlich unser SAN verlieren … Lassen Sie uns vorerst unsere Denkweise ändern: Wenn Sie auch mehr als hundert Augen haben, was für eine Welt werden Sie sehen?

Zuerst müssen wir einen Platz für diese Augen finden.

Nach herkömmlicher Auffassung sollten sich die Augen auf dem Kopf befinden. Ob es nun der Mensch selbst ist oder die Wirbeltiere wie Säugetiere, Vögel, Fische, Amphibien und Reptilien, mit denen wir täglich in Kontakt kommen, oder sogar die Insekten, die aus dem Zimmer huschen, sie alle scheinen ihre Augen auf den Kopf zu richten. Dennoch gibt es in der Natur nie einen Mangel an „seltsamen Arten“, die über die menschliche Wahrnehmung hinausgehen. Die uns bekannten Jakobsmuscheln beispielsweise (tatsächlich ist dies ein allgemeiner Begriff für viele Arten von Jakobsmuscheln, etwa Chlamys farreri, Bay-Jakobsmuscheln und Yesso-Jakobsmuscheln) haben keinen speziellen Kopf und sitzen daher mit ihren Augen auf ihrem Mantel (einer Membran, die die Rückenseite des Weichtiers bedeckt und sich nach unten zu den Hautfalten erstreckt. Der Besitzer des Gemüsemarkts nennt dies Jakobsmuschelrand). Seine Augen sind typische Nicht-Kopfaugen.

Ein weiteres Beispiel ist die Atlantische Blindgarnele (Rimicaris exoculata), die in der Nähe von heißen Quellen am Meeresboden lebt. Ihre Augen sind zwei glänzende, netzhautähnliche Strukturen auf ihrem Rücken und wachsen nicht wie bei den uns bekannten „Garnelen“ auf den Augenstielen auf ihrem Kopf. Daher glaubten die Entdecker der blinden Garnelen fälschlicherweise, dass diese keine Augen hätten. Dieses Missverständnis wurde erst aufgeklärt, als die erste Pilotin des Tiefsee-U-Boots Alvin, eine Meeresbiologin, Cindy Van Dover, sich für den dünnen Film auf dem Rücken der blinden Garnele interessierte, der den Suchscheinwerfer des U-Boots beim Besuch einer heißen Quelle reflektieren konnte. Anschließend schickte sie das Rückengewebe des Tieres zur Identifizierung an Wissenschaftler, die die Augen von Wirbellosen erforschen.

Wenn Sie sich noch an Ihr Biologiebuch aus der Schule erinnern, können wir vielleicht auch die Lanzettfischchen noch einmal durchgehen. Die Cephalochordate Lanzettfischchen (eine allgemeine Bezeichnung für die Gattung Amphioxus) sind ein Übergangstyp zwischen Wirbeltieren und Wirbellosen und können in der Geschichte der biologischen Evolution als lebendes Fossil bezeichnet werden. Seine Augen liegen nicht einmal auf der Körperoberfläche, sondern sind tief im vorderen Ende des Neuralrohrs im Körper vergraben. Sie haben die Form einer kleinen Vertiefung und können Licht von der Rückseite des Körpers wahrnehmen. Sie werden Frontalaugen genannt. Da der Körper der Lanzettfischchen durchsichtig ist, können sie mit diesem Vorderauge trotzdem Licht wahrnehmen.

Angesichts der Wildheit und Freiheit, die die Natur verlangt, können Sie Ihren Blick frei auf einen beliebigen Ort richten, wo immer Sie ihn brauchen.

Augentypen: Aus zwei Zellen besteht ein Auge?

Wenn Sie gerade über hundert Augen bekommen haben und an die Facettenaugen von Libellen, Fliegen, Schmetterlingen und anderen Lebewesen denken, können Sie nicht anders, als sich zu fragen: Bedeutet hundert Augen, dass ich Facettenaugen habe?

Zunächst einmal ist die Antwort nicht gleich.

Die Begriffe „Ocellated Eyes“ und „Compound Eyes“ beziehen sich auf die Art der Augen, nicht auf ihre Anzahl. In der Natur gibt es viele verschiedene Arten von Augen. Biologen unterteilen sie im Allgemeinen anhand ihrer Struktur in zwei Kategorien: einfache Augen und Facettenaugen.

Monokulare lassen sich grob in drei Typen unterteilen.

Der erste Typ ist das primitivste becherförmige Auge mit kleinem Loch, das eine einfache Struktur hat, keine Fokussierungsfunktion besitzt, kein Bild erzeugen kann und nur die Position des Objekts beobachten kann.

Stellen Sie sich ein Auge mit nur zwei Zellen vor. Das einfachste becherförmige Auge besteht aus nur zwei Zellen, einer Photorezeptorzelle und einer Pigmentzelle (die eine Schutzfunktion hat). Dieses zweizellige Auge kommt bei Organismen wie dem Japanwurm (Polycelis auricularia) vor.

Die kleinen Augen sind eigentlich nicht klein. Der Augenradius des Nautilus kann 1 cm erreichen. Durch die Lochblende ist das Auge keine leicht konkave Ebene mehr, sondern liegt tiefer, sodass die Spezies, die es besitzt, die Auflösung durch Anpassen der Lochblendegröße anpassen kann.

Der zweite Typ ist ein konkaves Linsenauge, das ein unscharfes Bild erzeugt. Unser Protagonist, die Jakobsmuschel, hat Dutzende bis über zweihundert solcher Augen. Da die Außenfläche der Augen der Jakobsmuschel mit einer pigmentierten Epidermis bedeckt ist, scheinen sie eine wundervolle Farbe zwischen Blau, Cyan und Lila zu haben, die man als Filter mit einer geheimnisvollen Atmosphäre bezeichnen kann.

Und genau wie wir nur zwei Augen haben, was zu einer gewissen Asymmetrie führen kann, haben auch Jakobsmuscheln Augen unterschiedlicher Größe, wobei sich die kleineren Augen oft in der Mitte der größeren Augen befinden. Schon im 18. Jahrhundert begann man sich für Jakobsmuschelaugen zu interessieren und anatomische Forschungen zu betreiben. Ich frage mich, wie es sich für den ersten Menschen angefühlt hat, einer Jakobsmuschel in die Augen zu blicken …

Der dritte Typ ist das Kameraauge, das zu unseren menschlichen Augen gehört und auch der Hauptaugentyp bei Wirbeltieren ist. Unter den Tieren, die wir aus dem täglichen Leben kennen, verfügen auch wirbellose Tiere wie Kalmare, Sepien und Kraken über dieses hochentwickelte Auge.

Doch genau wie die Ziegenaugen mit ihren eckigen Pupillen denjenigen, der ihnen zum ersten Mal in die Augen blickt, einen kleinen Schock der „alten Götter“ versetzen, sehen die Augen von Tintenfischen und Oktopussen nicht so ernst aus. Die Augen des Tintenfischs haben die Form eines bekannten Emoticons „ww“, während die Augen des Oktopus wie „- -“ aussehen.

Das Facettenauge besteht aus einer unterschiedlichen Anzahl kleiner Augen. Wenn jedes dieser kleinen Augen unabhängig voneinander ein Bild erzeugen kann, spricht man von einem kombinierten Auge. Bilden sie gemeinsam ein Bild auf der Netzhaut, spricht man von einem überlappenden Auge.

Der Vorteil von Facettenaugen gegenüber unseren Kameraaugen besteht darin, dass sie ein breiteres Sichtfeld haben und extrem empfindlich auf Bewegungen reagieren, sodass der Organismus reagieren kann (es ist also nicht unsere Schuld, wenn wir beim Erschlagen einer Mücke zu langsam sind!).

Die Nachteile von Facettenaugen liegen ebenso auf der Hand, denn die Linse der Ommatidien ist klein und wird leicht durch Beugung beeinträchtigt, sodass das gesehene Bild unscharf wird (stellen Sie sich vor, je größer die Linse, desto klarer das Bild). Um die gleiche Sehschärfe wie das menschliche Auge zu erreichen, müsste der Durchmesser des Facettenauges den erstaunlichen Wert von einem Meter erreichen, so die Berechnungen der Forscher. Das bedeutet, dass die Augen ganz unten wie Beine aussehen …

Der Aufbau des Auges: Warum habe ich Kalzit im Auge?

Wenn Sie wählen könnten, hätten Sie lieber hundert Katzenaugen, die nachts sehen können, oder hundert Fangschreckenkrebsaugen, die dreizehn Zapfenarten mehr haben als der Mensch?

Wenn wir die Welt wirklich durch die Augen anderer Arten sehen könnten, würden wir definitiv eine neue und vielleicht seltsame Welt sehen. Diese visuellen Unterschiede sind letztlich auf die Unterschiede in der Augenstruktur verschiedener Arten zurückzuführen.

Die primitivste Augenstruktur besteht möglicherweise nur aus einem Stück Haut, das mit lichtempfindlichen Zellen bedeckt ist, ähnlich einer freiliegenden Netzhaut, wie sie beispielsweise bei den blinden Garnelen vorkommt, die wir zuvor vorgestellt haben, und bei den Regenwürmern, die wir kennen. Für diese Tiere gibt es überall „Augen“ und jeder Teil des Körpers kann ihr „Auge“ sein.

Diese lichtempfindlichen Zellen auf der Körperoberfläche können ihnen dabei helfen, Licht wahrzunehmen, aber sie können die genaue Richtung des Lichts nicht bestimmen. So entstanden fortgeschrittenere Augen. Sie machten dieses Stück Haut leicht konkav, damit sie die allgemeine Richtung bestimmen konnten (zum Beispiel scheint Licht, das von links kommt, auf die rechte Wand der Vertiefung).

Dann vergrößerte ein anderes Lebewesen die Vertiefung und verwandelte sie von einem Teller in eine Limonadenflasche. Das Licht muss durch die Flaschenöffnung eintreten und durch die kleinen Löcher hindurchtreten, um am Boden der Flasche, der mit lichtempfindlichen Zellen bedeckt ist, ein einfaches, verschwommenes Bild zu erzeugen.

Dies reicht jedoch nicht aus. Die biologische Evolution gleicht einem nie endenden Wettrüsten zwischen Raubtieren und Beutetieren, bei dem „es jagt, es flieht, es kann nicht wegfliegen“. Um zu überleben, muss jeder immer „neugieriger“ werden, und die Struktur des Auges ist im Einklang mit dem Tempo der biologischen Evolution immer ausgefeilter geworden. Schließlich entstand in der Evolution das wichtigste Glied des Auges und an der Flaschenöffnung bildete sich ein transparenter Kristall. Es handelt sich um die ursprüngliche Form der Linse, die Licht bündeln und das Bild klarer machen kann.

Nach und nach entstanden komplexere Regulierungsmechanismen. Die Hornhaut schützt den dahinterliegenden Augapfel, die Iris reguliert die Intensität des ins Auge einfallenden Lichts, die Muskeln um die Linse sorgen für die Fähigkeit des Auges, zu fokussieren, und die Netzhaut ist nicht länger nur ein einfaches Stück Haut, das mit lichtempfindlichen Zellen bedeckt ist …

Wenn Sie fragen, welches das erste Tier war, das wirklich sehen konnte, dann war es aus bildlicher Sicht, basierend auf vorhandenen archäologischen Funden, unser alter Bekannter, der Trilobit.

Als erster Organismus mit einer Linse sah er vor 540 Millionen Jahren die Welt, in der wir leben, zum ersten Mal aus einer völlig neuen Perspektive.

Allerdings sind auch ihre Augen etwas ganz Besonderes. Genauer gesagt handelt es sich bei ihren Augen um echte „Steinaugen“, die aus einem Mineralkristall bestehen, den wir heute Kalzit nennen.

Eine der Eigenschaften dieses Kristalls besteht darin, dass nur Licht in einem bestimmten Winkel in den Kristall eindringen kann, während Licht in anderen Winkeln abgelenkt wird. Trilobiten nutzen diese Eigenschaft, um die Kalzitkristalle in jedem kleinen Auge so anzuordnen, dass das empfangene Licht direkt in die darunter liegende Netzhaut gelangt.

Diese „Augen aus Stein“ sind auch heute noch im Meer zu finden und gehören heute zu einer Klasse von Lebewesen, die als Schlangensterne bezeichnet werden. Sie besitzen fünf weiche und zarte Tentakeln, die größtenteils unempfindlich gegenüber Lichtveränderungen sind und frei im Meerwasser schwingen. Die Knochen, die diese Tentakeln stützen, sind miteinander verbundene Kalzitplatten. Auch die Jagdstacheln ihrer Tentakeln bestehen aus Kalzit (nebenbei bemerkt: Auch die stacheligen Stacheln der uns bekannten Seeigel bestehen aus Kalzit).

Lange Zeit dachten Wissenschaftler, dass dies alles sei, was Kalzit bei Schlangensternen tun kann (es war bereits zuvor eine sehr nützliche Substanz), bis Forscher entdeckten, dass Ophiocoma wendtii offenbar in der Lage ist, die Annäherung von Raubtieren zu spüren. Da sich auf der Oberfläche dieses wunderschönen Lebewesens keine Augen befinden, brachten die Forscher den Kalzit an seinen Armen und Beinen mit den Linsen urzeitlicher Trilobiten in Verbindung und bewiesen dann, dass die Kalzitkristalle an diesen Armen und Beinen tatsächlich Licht auf die darunter liegenden Photorezeptorzellen fokussieren können! Mit anderen Worten: Diese Schlangensterne haben kein Gehirn, aber sie haben Augen!

Neben Kalzit können auch Mitochondrien durch Fusion Linsen bilden. Ja, es sind die Mitochondrien in Ihren Schulbüchern, die für die Atmung verantwortlich sind. Diese magische Linse gehört einem Plattwurm, Entobdella soleae.

Und dann ist da noch die Jakobsmuschel, der Protagonist am Anfang unseres Artikels. Ihre Augen enthalten außerdem etwas Unvorstellbares: Guanin. (Der Mensch begegnete ihm erstmals im Vogelkot, daher der Name Guanopurin, aber glücklicherweise wird es allgemein als Guanin bezeichnet.)

Die durch Guanin gebildete Struktur in Jakobsmuschelaugen ist der Struktur, die wir von Katzen kennen, sehr ähnlich. Wenn Sie nachts schon einmal einer Gruppe Katzen begegnet sind, waren Sie sicher von ihren funkelnden Augen beeindruckt. Allerdings können Katzenaugen nicht von selbst leuchten. Die Struktur, die sie zum Leuchten bringt, stammt aus dem Aderhauttapetum hinter der Netzhaut (genau wie das „rote Licht“ hinter einem Fahrrad, das aufleuchtet, wenn es Licht ausgesetzt wird). Diese Schicht des Aderhaut-Tapetums kann Licht ein zweites Mal reflektieren und hilft Katzen so, die Welt nachts klar zu sehen.

Auch Jakobsmuscheln, die im schwach beleuchteten Meer leben, sind auf diese Fähigkeit sehr angewiesen. Der Wunsch nach Evolution trieb die Jakobsmuscheln dazu, ihren Körper zu durchwühlen, und schließlich entschieden sie sich für Guanin, eines der vier Purine, aus denen die DNA besteht.

In seiner natürlichen kristallinen Form ist Guanin eines der hochwertigsten optischen Materialien der Natur. Jakobsmuscheln „kontrollieren“ diese Guaninkristalle, sodass sie zu kleinen Quadraten heranwachsen. Diese quadratischen Kristalle sind dicht wie Kacheln angeordnet (20–30 Schichten) und bilden hinter der Netzhaut einen spiegelähnlichen strukturellen Silberfilm (auch reflektierender Spiegel genannt). Das Licht durchdringt die Hornhaut, tritt in die Linse ein, durchdringt die Netzhaut und gelangt dann zur reflektierenden Spiegeloberfläche, wo es reflektiert wird und zur Netzhaut zurückkehrt, um ein Bild zu erzeugen.

Der Grund, warum man sagt, dass Jakobsmuscheln Guanin „kontrollieren“, liegt darin, dass die Form des Guaninkristallwachstums theoretisch prismatisch sein sollte. Als die Forscher jedoch mithilfe eines Niedertemperatur-Rasterelektronenmikroskops die Ultrastruktur des gewellten Silberfilms untersuchten, stellten sie überrascht fest, dass die aus diesen Guaninen gebildeten Kristallplatten nahezu perfekte Quadrate waren. Sie sollten wissen, dass Sie bei Euklid, wenn Sie eine Ebene durch regelmäßige kongruente Polygone bilden möchten, nur gleichseitige Dreiecke, Sechsecke oder Quadrate verwenden können, genau wie Jakobsmuscheln auch Geometrie gelernt haben.

Darüber hinaus ist die Anordnung der Guaninkristallplatte sehr ausgefeilt, sodass die Seite mit dem hohen Brechungsindex in Richtung des einfallenden Lichts zeigen kann, wodurch die Oberflächendefekte der Kristallplatte minimiert und eine hochreflektierende Oberfläche gebildet wird. Diese Kachelmethode ist den segmentierten Spiegeln in Weltraumteleskopen sehr ähnlich. Die hexagonale Spiegelanordnung des James-Webb-Weltraumteleskops (dem Nachfolger des bekannten Hubble-Weltraumteleskops) sieht bei makroskopischer Vergrößerung ungefähr so ​​aus wie der Jakobsmuschel-Silberfilm.

Es gibt auch einige bekannte Freunde (Stammgäste am Tisch), die Facettenaugen einiger Krebstiere (wie Garnelen) verwenden ebenfalls die durch Guanin gebildete Spiegelstruktur, um beim Fokussieren zu helfen. Die farbenfrohen tropischen Fische im Aquarium verfügen über einen leuchtend silbrig-bunten Glanz auf den Schuppen, der ebenfalls mit Hilfe von Guaninkristallen entsteht. Derselbe Mechanismus ist für die weiße Färbung einiger Spinnen und die bunte Farbe einiger planktonischer Krebstiere verantwortlich.

Die Evolution des Auges: Was kann ein halb entwickeltes Auge sehen?

Vor der Entdeckung von Kalzitlinsen in den Augen von Trilobitenfossilien und Guaninlinsen in den Augen von Tieren wie Jakobsmuscheln hatten die Menschen immer eine Frage (ähnlich der Frage, ob zuerst das Huhn und dann das Ei da waren oder zuerst das Ei und dann das Huhn): Basierend auf der hohen Spezialisierung der Linsenproteine ​​in den menschlichen Augen muss der Mensch zuerst Augen gehabt haben und dann entsprechend den Bedürfnissen der Augen solche hochspezialisierten Proteine ​​entwickelt haben. Aber wenn sich keine Linsenproteine ​​entwickelt hätten, wie könnten Menschen dann Augen haben?

Darüber hinaus glauben einige Wissenschaftler, die Darwins Evolutionstheorie ablehnen, dass es unmöglich sei, dass ein so hochentwickeltes und komplexes Organ wie das Auge Stück für Stück im Laufe eines langen Evolutionsprozesses entsteht. Dies liegt daran, dass bei Tieren das Sehvermögen noch nicht ausgebildet sein kann, wenn sich das Auge erst zur Hälfte (oder sogar etwas mehr als zur Hälfte) entwickelt hat. Dann wird dieses nutzlose Organ der Evolutionstheorie zufolge bald ausgelöscht und hat keine Chance mehr, sich zu einem vollständigen Auge zu entwickeln.

Es ist nicht überraschend, dass Wissenschaftler skeptisch sind. Schauen wir uns zunächst die menschliche Linse an. Als Bestandteil des fortschrittlichsten Kameraauges ist es hochspezialisiert, farblos, transparent und elastisch, wie eine Linse, die wahrhaftig für die Optik geboren wurde. Es hat keine Blutgefäße und seine Zellen sind zur Ernährung vollständig auf das Kammerwasser im Rücken angewiesen. Auch diese Zellen sind nicht wie normale Zellen. Fast alle Funktionen wurden vereinfacht, sodass nur vollständige, konzentrierte Proteine ​​übrig blieben. Diese Proteine ​​sind auf mikroskopischer Ebene geschickt angeordnet und bilden ein Flüssigkristall-Array, das sorgfältig die Funktion der Fokussierung und Bündelung erfüllt.

Sieht es nicht aus wie eine Linse, die entworfen und dann gemäß den Zeichnungen verarbeitet wurde?

Was für ein Zufall, die Wissenschaftler damals dachten dasselbe. Wer war also der Designer? Natürlich ist es Gott.

Mit der Entwicklung der Molekularbiologie haben Wissenschaftler jedoch endlich die Möglichkeit, die Linsenproteine, die speziell für die Augen entwickelt zu sein scheinen, genauer zu untersuchen. Zu ihrer Überraschung stellten sie damals fest, dass diese Proteine ​​nicht speziell für die „Herstellung von Linsen“ geschaffen wurden. Tatsächlich erfüllen sie im Körper auch zahlreiche andere Funktionen (viele Linsenproteine ​​sind beispielsweise Enzyme). Stattdessen ist die „Linsenherstellung“ für sie eher eine kleine Episode in ihrer beruflichen Laufbahn. Sie werden sozusagen vorübergehend übertragen, um sich in den Augen zu sammeln und gemeinsam die menschliche Linse zu bilden.

Daher ist es nicht überraschend, Kalzit in den Augen von Trilobiten, Guanin in den Augen von Jakobsmuscheln und sogar mitochondriale Linsen in den Augen von Plattwürmern zu finden. Da wir wehrfähige Männer einziehen, können wir jeden gefangen nehmen, den wir kriegen. Solange sie normal funktionieren können, ist es egal, was sie sind!

Da erwiesen ist, dass das Auge kein von Gott per CAD entworfenes und nach Zeichnung gefertigtes Produkt ist, ist die Situation, dass sich das Auge nur halb entwickelt hat, im Laufe der Evolution offensichtlich gegeben. Ist diese Augenhälfte also die vordere oder die hintere Augenhälfte? Was könnte ein Lebewesen mit einem halben Auge sehen?

Vielleicht sollten wir mit einem Tropfen Pigment beginnen.

Wissenschaftler haben viele Spekulationen über den Ursprung des Auges angestellt und viele Menschen glauben, dass der Vorfahr des Auges eine Art Alge gewesen sein muss. Algen enthalten viele lichtempfindliche Pigmente. Sie platzieren diese Pigmente in ihren Augenflecken und verwenden diese Pigmente, um das umgebende Licht zu „sehen“, sodass sie sich für die Photosynthese immer an sonnigen Orten aufhalten können.

Eines dieser Pigmente heißt Rhodopsin. Dieses aus Retinal und Opsin bestehende Protein kommt überall in unseren Augen vor und ist für die Lichtwahrnehmung verantwortlich. Man könnte sogar sagen, dass für die Vorfahren aller Lebewesen die Geburt des ersten Lichtstrahls nicht auf die aufgehende Sonne zurückzuführen war, sondern darauf, dass die Urgeschöpfe im Laufe des langen Evolutionsprozesses schließlich dieses Protein synthetisierten und damit ihr Leben des Tappens im Dunkeln beendeten und eine neue Ära des Lichts einleiteten.

Wie also bewältigt dieses Protein die spannende Aufgabe der Lichtwahrnehmung?

Wie bereits erwähnt, ist Rhodopsin ein Protein, das aus Retinal und Opsin besteht. Tatsächlich ist die Netzhaut der einzige Krieger im Auge, der dem Licht direkt ausgesetzt ist. Es kommt in unserem Körper in zwei Formen vor: als cis-Struktur und als trans-Struktur (Sie können es sich wie unsere linke und rechte Hand vorstellen. Die Strukturen sind ähnlich, aber aufgrund der unterschiedlichen räumlichen Konformationen wird Ihre linke Hand nie zu Ihrer rechten Hand, egal wie Sie sie auf den Kopf stellen.) Das trans-strukturierte Retinal haftet fest auf dem Opsin, bis ein Lichtstrahl darauf trifft. Nach einer zigmillionenfachen Vergrößerung sehen wir aus der Perspektive des Retinals unzählige einströmende Photonen. Eines der Photonen trifft darauf, wird zu einem Retinal mit einer formalen Struktur und verlässt das Opsin. Das Photon zieht sich zurück und das Opsin gibt die Nachricht von der Ankunft des Photons Schritt für Schritt weiter, bis wir das Licht sehen.

Woher kommen also die Farben, die wir sehen?

Die oben erwähnten Linsenmaterialien, die überall hin bewegt werden können, wo sie benötigt werden, haben Ihnen möglicherweise die „Geizigkeit“ der biologischen Evolution bewusst gemacht. Schließlich ist Energie begrenzt und Organismen kennen auch das Konsumkonzept: Sparen wo nötig und Ausgeben wo nötig. Für die Erzeugung des Farbsehens ist nicht der Kauf eines neuen Systems im Auge erforderlich. es handelt sich noch immer um Netzhaut- und Sehprotein, mit nur wenigen geringfügigen Änderungen.

Genauer gesagt ist es „verdreht“. Obwohl Sehproteine ​​nicht in der Lage sind, Photonen zu empfangen, können verschiedene Arten von Sehproteinen ihre unterschiedlichen Strukturen nutzen, um das Retinal zu verzerren, sodass das Retinal Photonen unterschiedlicher Wellenlängen empfangen kann. Durch die Anordnung und Kombination von Sehproteinen und Retinal erscheint die Welt in den Augen von Lebewesen plötzlich in vielen Farben. Selbst wenn wir also nur ein halbes Auge haben, können wir dennoch Licht und sogar Farben wahrnehmen. Vielleicht ist unsere Sicht nicht so exquisit wie sonst, sondern nur ein buntes Mosaik, aber ein halbes Auge kann uns dennoch helfen, der Dunkelheit zu entkommen.

Jetzt können wir die Frage beantworten: Was für eine Welt würden wir sehen, wenn wir hundert Augen hätten?

Erstens werden wir ein muschelförmiges Sichtfeld von 250° haben (360°, wenn Sie so wollen); zweitens: So wie die Sehnerven von Jakobsmuscheln an der Außenseite eines Parieto-Viszeralganglions (PVG) zusammenlaufen, wird auch unser Gehirn einen Bereich haben, der der Verarbeitung visueller Informationen von mehr als hundert Augen und deren Umwandlung in ein vollkommen klares Bild gewidmet ist; Schließlich hängt die Qualität dieses Bildes von der Art unserer jeweiligen Augen ab. Wenn Sie mit unserem Dreifarbensehen auf der Basis von Rot, Blau und Grün (entsprechend drei visuellen Proteinkomplexen, die unterschiedliches Licht wahrnehmen) nicht zufrieden sind, dann wird Ihnen das vierte Farbsehen-Gen, das vor 400 Millionen Jahren in Organismen entdeckt wurde, das Ultraviolettsehen, ein noch magischeres Seherlebnis bescheren …

Angesichts der großen Ähnlichkeit des Rhodopsins bei Wirbeltieren und Wirbellosen und der Tatsache, dass Sie, ich, Jakobsmuscheln, Katzen und sogar Kakerlaken alle dieses System zum Sehen verwenden, vermuten Forscher vernünftigerweise, dass wir diese Rhodopsin enthaltende Photorezeptorzelle vom selben Vorfahren geerbt haben und uns dann im Laufe des langen Evolutionsprozesses allmählich zu völlig unterschiedlichen Arten entwickelt haben.

Allerdings gibt es noch immer einige signifikante Unterschiede zwischen Rhodopsin bei Wirbeltieren und Wirbellosen, die die Hypothese eines gemeinsamen Vorfahren hin und wieder ins Wanken bringen.

Die Theorie, die diese Vermutungen untermauert, stammt von einem uralten Glücksbringer, dem Sandwurm. Dieses winzige Lebewesen mit seinen schwingenden Borsten hat vom Kambrium bis heute nahezu unverändert seine Form behalten und ist ein lebendes Fossil urzeitlicher bilateralsymmetrischer Tiere. Forscher wussten schon immer, dass das Rhodopsin in ihren Augen dem von Wirbellosen ähnelt, bis sie im Jahr 2004 einen anderen Typ von Photorezeptorzellen in ihrem Gehirn entdeckten, der als biologische Uhr fungiert. Das Rhodopsin dieser Zelle weist überraschende Ähnlichkeiten mit dem Rhodopsin von Wirbeltieren auf. Anschließend fanden die Forscher im menschlichen Auge retinale Ganglienzellen, die beim Menschen als biologische Uhr fungieren, den Photorezeptorzellen von Wirbellosen jedoch große Ähnlichkeiten aufweisen.

Diese beiden Entdeckungen, die sich gegenseitig widerspiegeln, enthüllen langsam das wahre Gesicht des mysteriösen Evolutionspfads. Die Augen aller heutigen Lebewesen auf der Erde stammen vom selben Vorfahren.

Während der langen Dunkelheit, als Tag und Nacht bedeutungslos waren, „sah“ es als erstes Lebewesen, das Rhodopsin besaß, das Licht und führte alle seine Nachkommen aus der Dunkelheit.

Nach einer gewissen Zeit differenzierte sich diese Rhodopsin enthaltende Photorezeptorzelle zufällig in zwei Typen. Einer erfüllte weiterhin Sehfunktionen, während der andere eine neue Aufgabe fand: die Steuerung der biologischen Uhr dank seiner Fähigkeit, Licht wahrzunehmen. Im Wesentlichen besteht zwischen diesen beiden Zelltypen kein großer Unterschied. Wirbellose und Wirbeltiere wählen lediglich unterschiedliche Zellen. Später begann die Struktur des Auges aus einem mit Photorezeptorzellen bedeckten Hautstück immer komplexer zu werden. Die Lebewesen begannen, die Wunder des Auges zu erkennen und entnahmen Materialien aus dem ganzen Körper, um die Funktionsfähigkeit des Auges zu steigern. Einige von ihnen entscheiden sich für eine Erhöhung der Quantität, andere für eine Verbesserung der Qualität, und schon erscheinen alle möglichen seltsamen Augen …