Het woord 'sint-jakobsschelp' roept meestal een sappige, ronde adductoren op - een delicatesse van zeevruchten. Het is dus niet algemeen bekend dat sint-jakobsschelpen tot 200 kleine ogen hebben langs de rand van de mantel langs hun schelpen. De complexiteit van deze weekdierogen wordt nog steeds onthuld. Een nieuwe studie gepubliceerd in Current Biology onthult dat mantelogen pupillen hebben die verwijden en samentrekken in reactie op licht, waardoor ze veel dynamischer zijn dan eerder werd gedacht.
"Het is gewoon verrassend hoeveel we ontdekken over hoe complex en hoe functioneel deze schelpogen zijn", zegt Todd Oakley, een evolutionair bioloog aan de Universiteit van Californië, Santa Barbara.
De optica van schelpogen zijn heel anders opgezet dan onze eigen oculaire organen. Terwijl het licht het oog van de coquille binnenkomt, gaat het door de pupil, een lens, twee netvlies (distaal en proximaal), en bereikt dan een spiegel gemaakt van kristallen van guanine aan de achterkant van het oog. De gebogen spiegel reflecteert het licht op het binnenoppervlak van het netvlies, waar neurale signalen worden gegenereerd en verzonden naar een klein visceraal ganglion, of een cluster van zenuwcellen, wiens belangrijkste taak is om de sint-jakobsschelp en de adductoren te controleren. De structuur van het oog van een sint-jakobsschelp is vergelijkbaar met de optische systemen in geavanceerde telescopen.
Gedurende vele jaren vormden de fysica en optica van het manteloog een verwarrend probleem. "Het belangrijkste netvlies in het oog krijgt bijna volledig ongericht licht omdat het te dicht bij de spiegel is", zegt Dan Speiser, een visiewetenschapper aan de Universiteit van South Carolina en de senior auteur van de nieuwe studie. Met andere woorden, elk beeld op het proximale netvlies zou wazig en onscherp zijn. "Dat lijkt me gewoon zo onredelijk", zegt Speiser.
De nieuwe studie werpt enig licht op dit mysterie. De onderzoekers ontdekten dat de schelpleerlingen in staat zijn om zich te openen en samen te trekken, hoewel hun pupilreacties niet zo snel zijn als die van ons. De diameter van een sint-jakobsschelp verandert maximaal met ongeveer 50 procent en de verwijding of contractie kan enkele minuten duren. Hun ogen hebben geen irissen zoals onze ogen, en in plaats daarvan veranderen de cellen in het hoornvlies van dun en plat naar lang en lang. Deze samentrekkingen kunnen de kromming van het hoornvlies zelf veranderen, waardoor de mogelijkheid ontstaat dat het coquilleoog van vorm kan veranderen en op licht reageert op een manier die het mogelijk maakt om scherpere beelden op het proximale netvlies te vormen.
"Het verandert echt het vermogen van dat oog en uiteindelijk van het organisme om het type resolutie te hebben om zijn omgeving te zien, " zegt Jeanne Serb, een visiewetenschapper aan de Iowa State University.
Nu probeert Speiser te begrijpen of de sint-jakobsschelpen in staat zijn de kromming van de spiegel en het oog als geheel te wijzigen, waardoor het de focus van het beeld nog verder kan aanpassen. "De dynamische structuren van de ogen openen een aantal nieuwe mogelijkheden voor wat je kunt doen met een spiegelgebaseerd oog als dit", zegt Speiser.
Adaptieve spiegels zijn niet het enige mysterie van de sint-jakobsschelp. "Het blijkt dat sint-jakobsschelpen drie keer zoveel opsins hebben als wij", zegt Serb. Opsins zijn lichtgevoelige eiwitten die worden aangetroffen in de fotoreceptorcellen van het netvlies die de omzetting van licht in elektrochemische signalen bemiddelen. Wetenschappers weten niet of alle 12 coquilles opsins worden uitgedrukt in elk coquilleoog of dat de ogen zich specialiseren in verschillende kanalen van het visuele spectrum. Sommige opsins kunnen tot expressie worden gebracht in het proximale netvlies, terwijl anderen zich in het distale netvlies bevinden.
Het Servische team in de staat Iowa bestudeert de opsins in coquilles, kokkels en andere dieren. Tweekleppigen - weekdieren die in twee bijpassende komvormige schelpen leven verbonden door een scharnier - hebben meerdere keren een vorm van oog ontwikkeld. Sommige kokkels hebben zelfs samengestelde ogen, of ogen met meerdere visuele eenheden, hoewel ze verschillen van de beter bekende samengestelde ogen van insecten. Door de verschillende opsins buiten de dieren te bestuderen, kan Serviër hun absorptie meten en uiteindelijk begrijpen hoe ze in de verschillende dieren werken.
Ogen zijn waarschijnlijk minstens 50 of 60 keer geëvolueerd bij alle dieren, en in veel gevallen varieert de moleculaire onderbouwing van het gezichtsvermogen - de eiwitten die lichtsignalen omzetten in elektrische signalen - nogal wat. “De grote evolutionaire vraag voor mij is, hoe evolueren deze eiwitten om licht te bemonsteren? En hoe wordt het dan gespecificeerd voor de verschillende soorten lichtomgevingen waarin de dieren kunnen voorkomen? ”Vraagt Serviër. Ze gelooft dat de opsins in de meeste gevallen worden hergebruikt vanuit een andere functie in het dier om in de ogen te worden gebruikt.
Hoewel er een diversiteit is aan oogmorfologie en fotoreceptoren bij dieren, zijn de bouwstenen - de genen die de oogontwikkeling regelen - opmerkelijk vergelijkbaar. Pax6 is bijvoorbeeld een ontwikkelingsgen dat cruciaal is voor de oogontwikkeling bij zoogdieren en het speelt een vergelijkbare rol bij de ontwikkeling van coquilles. Andrew Swafford en Oakley beweren in een recente preprint van de studie dat deze overeenkomsten het feit verloochenen dat veel soorten ogen mogelijk zijn geëvolueerd als reactie op door licht veroorzaakte stress. Ultraviolette schade veroorzaakt specifieke moleculaire veranderingen waartegen een organisme zich moet beschermen.
"Het was zo verrassend dat al deze componenten die worden gebruikt om ogen te bouwen, en ook worden gebruikt in het gezichtsvermogen, deze beschermende functies hebben, " zegt Oakley. In de diepe geschiedenis van deze componenten zijn genetische eigenschappen die reacties op door licht geïnduceerde stress veroorzaken, zoals het repareren van schade door UV-straling of het detecteren van de bijproducten van UV-schade. Als de reeks genen die betrokken zijn bij het detecteren en reageren op UV-schade samen tot expressie wordt gebracht, dan is het misschien gewoon een kwestie van het combineren van die delen op een nieuwe manier die je in de gaten houdt, suggereren de onderzoekers.
"De stressfactor kan deze componenten misschien voor het eerst samenbrengen", zegt Swafford. “En dus is de oorsprong van de interacties tussen deze verschillende componenten die tot visie leiden meer toe te schrijven aan deze stressfactor. En als de componenten er eenmaal zijn, of het nu pigmenten of fotoreceptoren of lenscellen zijn, werkt natuurlijke selectie om ze in de ogen uit te werken. "
Hoe ze ook zijn gemaakt, schelpogen hebben een aantal indrukwekkende functionaliteit, waardoor hun interne spiegels kromtrekken om licht als een telescoop in beeld te brengen. Dus de volgende keer dat u geniet van wat sint-jakobsschelpen, moet u zich niet voorstellen dat de weekdieren naar u terugstaren.
