_ Dezvăluirea misterului sisteme vizuale chiton

Probabil ați trece pe lângă un chiton fără să îl vedeți. Aceste creaturi arată adesea ca nimic mai mult decât un alt fir de alge marine pe rocile intertidale cruste. Dar te vede. Cel puțin, dacă este una dintre speciile cu ochi care îi punctează învelișul de poștă.

O echipă de oameni de știință – condusă de Rebecca Varney de la Departamentul de Ecologie, Evoluție și Biologie Marina (EEMB) al UC Santa Barbara – a descoperit că unele dintre aceste moluște dure prezintă cei mai recent ochi evoluați cu o lentilă. Mai mult, cele două tipuri de ochi găsite în acest grup au apărut în patru evenimente separate. Cercetătorii descriu factorii care au condus la acest aranjament deosebit într-o lucrare publicată în Science.

Chitonii sunt un grup curios de moluște marine. Deși în general ieșiți de ochii publicului, au făcut titluri pentru câteva fapte remarcabile. De exemplu, toate speciile își îmbracă dinții cu magnetit mineral de fier, făcându-le cel mai dur material creat de un organism viu. Și cel puțin o specie folosește santabarbaraite, un alt mineral de fier.

În ciuda relației chitonilor cu calmari, melci și scoici, ochii lor nu sunt localizați pe corpurile lor moi. În schimb, multe dintre organele lor senzoriale sunt încorporate direct în învelișul lor segmentat.

„Nu cred că există niciun alt animal care să-și construiască ochii în armură ca un chiton”, a spus coautorul Daniel. Speiser de la Universitatea din Carolina de Sud. Cele mai numeroase dintre aceste organe sunt numite estete, mici structuri senzoriale care se găsesc în stratul exterior al cochiliilor tuturor chitonilor. Oamenii de știință încă investighează funcția lor, dar dacă detectează lumina, aceasta ar fi la un nivel foarte rudimentar.

Esteții au servit probabil ca bază pentru cele două tipuri de ochi care au evoluat la unele dintre aceste animale. : ochii cochiliei mai complexi si petele oculare mai numeroase. Ochii cochiliei sunt relativ mari și, asemănătoare cu ochii umani, au o lentilă care concentrează lumina care intră pentru a forma o imagine pe un strat fotosensibil din spate. Acestea fiind spuse, în chitoni, această lentilă este formată din aragonit mineral.

În schimb, petele oculare mai mici din anumite chitoni funcționează mai degrabă ca pixeli individuali sau ca ochiul compus al unei insecte, formând un senzor vizual distribuit peste coaja chitonului. Chitonii adaugă aceste structuri în o nouă creștere la marginea cochiliei.

Autorul senior Todd Oakley studiază modul în care sistemele complexe evoluează și a folosit ochii de chiton ca exemplu în cursurile sale ca profesor în EEMB. Coautorul Speiser a lucrat la chitonuri ca parte a tezei sale de doctorat înainte de a se alătura laboratorului Oakley ca cercetător postdoctoral.

„Am vrut să știm: există ceva ce putem identifica care ghidează evoluția în aceste grupuri diferite. spre pete oculare sau spre ochii de coajă?" a spus autorul principal Varney, unul dintre postdoctorii actuali ai Oakley.

Pentru a începe, echipa a început să construiască un arbore genealogic de chiton folosind ADN din specimene conservate în colecția globală de chiton a co-autorului Doug Eernisse, care se află acum la Muzeul de Istorie Naturală Santa Barbara. Co-autori Johanna Cannon și Morris Aguilar au dezvoltat instrumentele moleculare pentru a sonda genomurile chitonului. Varney a stabilit apoi care grupuri aveau pete oculare și care aveau ochi de coajă, ceea ce a produs o surpriză.

Ceea ce echipa credea că sunt două grupuri, care au dezvoltat fiecare un sistem vizual diferit, au ajuns să fie patru grupuri, cu două. perechi care converg pe aceeași structură. „Am intrat știind că există două tipuri de ochi, așa că nu ne așteptam la patru origini independente”, a spus Varney. „Faptul că chitonurile au evoluat ochii de patru ori, în două moduri diferite, este destul de uimitor pentru mine.”

„Aproape că părea prea ciudat pentru a fi adevărat”, a adăugat Oakley. Iar grupurile care au ajuns la structuri similare nu au fost nici măcar cele mai strâns legate între ele. Deci, ce ar fi putut conduce la această configurație curioasă?

Varney a început să studieze cu atenție diferențele dintre speciile din aceste grupuri pentru a vedea dacă a putut găsi vreun indiciu cu privire la ce le-a trimis către soluții diferite pentru aceeași sarcină. Din fericire pentru ea, numărul de fante de pe marginea fiecărui segment de coajă este o trăsătură folosită pentru a distinge diferitele specii de chitoni. Deci aceste informații sunt bine documentate, deoarece sunt incluse în fiecare descriere nouă a speciilor.

Fără context, acest lucru nu înseamnă mare lucru, dar a început să apară un model. Varney a observat că chitonurile cu pete oculare au o mulțime de fante - unele de peste 20 de crestături în secțiunea capului lor. Spre deosebire de aceasta, chitonii care au evoluat ochii de coajă mai mari aveau în general aproximativ opt fante pe această secțiune. Dar din nou, cum ar fi putut această variație să trimită grupurile către adaptări radical diferite, nu o dată, ci de două ori?

Aceste crestături servesc drept conductă pentru ca nervii să treacă din coaja chitonului în corpul său. Așadar, se pare că speciile cu mai puține fante evoluează mai puține ochi, mai mari, care sunt mai complexi. În schimb, cei cu mai multe fante au fost capabili să dezvolte pete oculare mai numeroase, puțin mai mici, care sunt puțin mai simple.

Și chiar dacă numărul de crestături este diagnostic pentru specie, oamenii de știință nu știu ce dictează aceasta. Deci, numărul de fante prezente atunci când sistemele vizuale s-au dezvoltat pare să fi influențat tipul de sistem vizual care a evoluat.

„Aici avem o demonstrație foarte clară într-un sistem natural că evoluția depinde de ceea ce a apărut înainte, chiar și atunci când ceea ce a apărut înainte ar putea părea complet fără legătură”, a spus Oakley.

Echipa a decis să continue, folosind fosile pentru a calibra evoluția chitonului în timp. Acest lucru le-ar oferi o estimare mai bună a momentului în care cele patru grupuri și-au evoluat sistemele vizuale după ce chitonii s-au despărțit de alte moluște în urmă cu aproximativ 450 de milioane de ani.

Ei au descoperit că ochii de coajă ai chitonilor din Toniciinae și Acanthopleurinae sunt probabil cel mai recent ochi cu lentilă evoluați, care au apărut în timpul Cretacicului (cu 150 până la 100 de milioane de ani în urmă). Ochii cochiliei la specia neînrudită Schizochiton incisus au evoluat în Jurasic (250 până la 200 Mya).

Pentru context, majoritatea celorlalte cazuri de ochi cu lentile au evoluat în Cambrian, când animalele tocmai începeau să diverge în principalele ochi. grupuri. Între timp, petele oculare au evoluat încă din Triasic (260 până la 200 Mya) într-un grup și până la Paleogen (75 până la 25 Mya) în altul.

În timp ce unii dintre acești chitoni au ochi capabili să se formeze imagini, oamenii de știință încă investighează amploarea percepției lor vizuale. Într-o lucrare anterioară, echipa lui Speiser a demonstrat că chitonul fuzzy din India de Vest poate rezolva obiecte și răspunde la ele. Ochii lor înveliș trimit informații vizuale pentru procesare într-o structură neuronală în formă de inel care înconjoară întregul corp.

Modul în care nervii optici se conectează la acest inel sugerează că chitonii pot localiza un obiect pe baza locațiilor ochi care îl reperează. Speiser a descoperit că chitonurile pot rezolva obiecte la un unghi de aproximativ șase grade. „Deci, în timp ce chitonii au o vedere slabă în comparație cu a noastră, se pare că într-adevăr „văd”,” a spus el.

Această descoperire confirmă experiența oamenilor de știință în lucrul cu aceste chitonuri în domeniu. „Când strângeți chitonuri de pe stânci în intertidal, trebuie să vă furișați pe stâncă. Pentru că, dacă vă văd, se vor opri”, a spus Varney. "Și poți să stai acolo cu o pilă de unghii și să încerci să scoți chitonul; vei pierde."

Speiser și colegii săi continuă să investigheze vederea chitonului. Este un pic o provocare. În primul rând, „un videoclip cu un chiton și o imagine cu un chiton arată cam la fel”, a glumit Varney. Și când vine vorba de experimente, „chitonii nu au cu adevărat un motiv să coopereze cu tine, așa că a-ți da seama cum să întrebi un chiton la ce se uită este o sarcină grea.”

Membrii echipei planifică să investigheze componentele genetice ale acestor tipuri de ochi și de unde provin. Această urmărire va necesita concentrarea doar pe una sau două specii odată.

Nu știm întotdeauna ce trăsătură va conduce calea evoluției. Schimbările întâmplătoare de mai devreme pot avea consecințe neașteptate în sistemele aparent neînrudite. „Pentru a studia evoluția în ansamblu, trebuie, pe cât posibil, să studiezi aceste sisteme ca întreg”, a spus Varney.

(Fluierul)