Das Wort "Jakobsmuschel" ruft normalerweise einen saftigen, runden Muskelmuskel hervor - eine Delikatesse aus Meeresfrüchten. Es ist daher nicht allgemein bekannt, dass Jakobsmuscheln bis zu 200 winzige Augen am Rand des Mantels haben, der ihre Muscheln auskleidet. Die Komplexität dieser Molluskenaugen wird immer noch enthüllt. Eine neue in Current Biology veröffentlichte Studie zeigt, dass Muschelaugen Pupillen haben, die sich als Reaktion auf Licht ausdehnen und zusammenziehen, was sie weitaus dynamischer macht als bisher angenommen.
„Es ist nur überraschend, wie viel wir über die Komplexität und Funktionalität dieser Jakobsmuschelaugen herausfinden“, sagt Todd Oakley, Evolutionsbiologe an der University of California in Santa Barbara.
Die Optik der Jakobsmuschelaugen ist ganz anders aufgebaut als unsere eigenen Augenorgane. Wenn Licht in das Jakobsmuschelauge eintritt, passiert es die Pupille, eine Linse und zwei Netzhäute (distal und proximal) und erreicht dann einen Spiegel aus Guaninkristallen im hinteren Teil des Auges. Der gekrümmte Spiegel reflektiert das Licht auf die innere Oberfläche der Netzhaut, wo neuronale Signale erzeugt und an ein kleines viszerales Ganglion oder einen Cluster von Nervenzellen gesendet werden, dessen Hauptaufgabe es ist, den Darm und den Adduktorenmuskel der Jakobsmuschel zu kontrollieren. Die Struktur eines Jakobsmuschelauges ähnelt den optischen Systemen moderner Teleskope.
Die Physik und Optik des Jakobsmuschelauges war jahrelang ein verblüffendes Problem. "Die Hauptnetzhaut im Auge wird fast völlig unscharf beleuchtet, weil sie zu nahe am Spiegel ist", sagt Dan Speiser, Vision Scientist an der University of South Carolina und leitender Autor der neuen Studie. Mit anderen Worten, jedes Bild auf der proximalen Retina wäre verschwommen und unscharf. "Das erscheint mir einfach so unvernünftig", sagt Speiser.
Die neue Studie beleuchtet dieses Rätsel. Die Forscher stellten fest, dass die Jakobsmuschel-Schüler sich öffnen und zusammenziehen können, obwohl ihre Pupillenreaktionen nicht so schnell sind wie unsere. Der Durchmesser einer Jakobsmuschelpupille ändert sich um höchstens etwa 50 Prozent, und die Ausdehnung oder Kontraktion kann mehrere Minuten dauern. Ihre Augen haben keine Iris wie unsere Augen. Stattdessen ändern die Zellen in der Hornhaut ihre Form, indem sie von dünn und flach zu groß und lang werden. Diese Kontraktionen können die Krümmung der Hornhaut selbst verändern, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, dass sich die Form der Jakobsmuschel ändert und das Licht so reagiert, dass auf der proximalen Netzhaut gestochen scharfe Bilder entstehen.
"Es verändert wirklich die Fähigkeit dieses Auges und letztendlich des Organismus, die Art von Auflösung zu haben, um seine Umgebung zu sehen", sagt Jeanne Serb, Vision Scientist an der Iowa State University.
Jetzt arbeitet Speiser daran zu verstehen, ob die Jakobsmuscheln die Krümmung des Spiegels und des Auges als Ganzes verändern können, um den Fokus des Bildes noch weiter anzupassen. "Die dynamischen Strukturen der Augen eröffnen einige neue Möglichkeiten für das, was man mit einem spiegelbasierten Auge wie diesem machen kann", sagt Speiser.
Adaptive Spiegel sind nicht das einzige Rätsel des Jakobsmuschelauges. "Es stellt sich heraus, dass Jakobsmuschelaugen dreimal so viele Opsine haben wie wir", sagt Serb. Opsine sind lichtempfindliche Proteine, die in den Photorezeptorzellen der Netzhaut vorkommen und die Umwandlung von Licht in elektrochemische Signale vermitteln. Wissenschaftler wissen nicht, ob alle 12 Jakobsmuschel-Opsine in jedem einzelnen Jakobsmuschelauge exprimiert werden oder ob sich die Augen auf verschiedene Kanäle des visuellen Spektrums spezialisieren. Einige Opsine können in der proximalen Retina exprimiert werden, während sich andere in der distalen Retina befinden.
Das Team von Serb im Iowa State untersucht die Opsine bei Jakobsmuscheln, Muscheln und anderen Tieren. Muscheln - Mollusken, die in zwei zusammengehörigen hohlen Schalen leben, die durch ein Scharnier verbunden sind - haben mehrmals eine Art Auge entwickelt. Einige Muscheln haben sogar Facettenaugen oder Augen mit mehreren visuellen Einheiten, obwohl sie sich von den bekannteren Facettenaugen von Insekten unterscheiden. Durch die Untersuchung der verschiedenen Opsine außerhalb der Tiere kann der Serbe ihre Absorption messen und letztendlich verstehen, wie sie bei den verschiedenen Tieren wirken.
Wahrscheinlich haben sich die Augen bei allen Tieren mindestens 50- bis 60-mal entwickelt, und in vielen Fällen variieren die molekularen Grundlagen des Sehens - die Proteine, die Lichtsignale in elektrische Signale umwandeln - erheblich. „Die große evolutionäre Frage für mich ist, wie sich diese Proteine entwickeln, um Licht zu sammeln. Und wie wird es dann für die verschiedenen Arten von Lichtumgebungen spezifiziert, in denen die Tiere auftreten können? “, Fragt Serb. Sie glaubt, dass die Opsine in den meisten Fällen einer anderen Funktion innerhalb des Tieres zugeführt werden, um in den Augen verwendet zu werden.
Obwohl es eine Vielzahl von Augenmorphologien und Photorezeptoren bei Tieren gibt, sind die Bausteine - die Gene, die die Augenentwicklung steuern - bemerkenswert ähnlich. Zum Beispiel ist Pax6 ein Entwicklungsgen, das für die Augenentwicklung bei Säugetieren entscheidend ist und eine ähnliche Rolle bei der Entwicklung von Jakobsmuschelaugen spielt. In einem kürzlich erschienenen Vorabdruck einer Studie argumentieren Andrew Swafford und Oakley, dass diese Ähnlichkeiten die Tatsache vermuten lassen, dass sich viele Arten von Augen als Reaktion auf lichtinduzierten Stress entwickelt haben könnten. Ultraviolette Schäden verursachen spezifische molekulare Veränderungen, vor denen ein Organismus schützen muss.
„Es war so überraschend, dass all diese Komponenten, die zum Aufbau der Augen und auch zum Sehen verwendet werden, immer wieder diese Schutzfunktionen haben“, sagt Oakley. In der Vorgeschichte dieser Komponenten befinden sich genetische Merkmale, die Reaktionen auf lichtinduzierten Stress auslösen, z. B. die Reparatur von Schäden durch UV-Strahlung oder das Erkennen der Nebenprodukte von UV-Schäden. Sobald die Anzahl der Gene, die beim Erkennen und Reagieren auf UV-Schäden beteiligt sind, zusammengefasst ist, müssen diese Teile möglicherweise nur noch so kombiniert werden, dass Sie ein Auge haben, schlagen die Forscher vor.
"Der Stressfaktor kann diese Komponenten vielleicht zum ersten Mal zusammenbringen", sagt Swafford. „Der Ursprung der Wechselwirkungen zwischen diesen verschiedenen Komponenten, die zum Sehen führen, ist also eher auf diesen Stressfaktor zurückzuführen. Und wenn dann die Komponenten da sind, seien es Pigmente oder Photorezeptoren oder Linsenzellen, werden sie durch natürliche Selektion zu Augen verarbeitet. “
Wie auch immer sie hergestellt wurden, Jakobsmuschelaugen verfügen über beeindruckende Funktionen, indem sie ihre inneren Spiegel verziehen, um das Licht wie ein Teleskop in den Fokus zu rücken. Wenn Sie also das nächste Mal ein paar Knoblauchkammmuscheln genießen, versuchen Sie sich nicht vorzustellen, wie die Mollusken Sie anstarren.
