Physik in der Tierwelt: Trilobiten und ihre „Linsen“ aus Calcit

Trilobiten sind eine Klasse von Meerestieren, die vor Hunderten von Millionen von Jahren ausgestorben sind. Wissenschaftler kennen 9 Ordnungen von Trilobiten, darunter 150 Familien, 5.000 Gattungen und 10.000 Arten. Die nächsten modernen Analoga von Trilobiten in der Körperstruktur sind Holzläuse und Pfeilschwanzkrebse (übrigens „lebende Mineralien“). Die meisten Trilobiten hatten eine mächtige Schale. Der Mund und die Beine befanden sich auf der Unterseite des Körpers und die Augen auf der Oberseite.

Die Augen der meisten Trilobiten waren sehr komplex und ihre Struktur unterschied sich radikal von der Struktur der Augen moderner Tiere. Diese Tiere hatten keine kristalline Augenlinse, stattdessen hatten Trilobiten mineralische Linsen aus Calcit. Jetzt sind die einzigen Tiere mit mineralischen optischen Linsen einige der derzeit existierenden Ophiuren und die Molluske Acanthopleura granulata. Die Komplexität der Augen von Trilobiten war viel höher als die Komplexität der Augen dieser unserer Zeitgenossen.

Wie haben Wissenschaftler die Struktur von Trilobitenaugen herausgefunden? Aufgrund der Tatsache, dass sie aus anorganischem Calcit bestanden, sind die Augen von Trilobiten sehr gut erhalten. In den Elementarlinsen der Facettenaugen fossiler Arthropoden weist Calcit eine ungewöhnliche Kristallstruktur auf. Ein Lichtstrahl, der sich in einem bestimmten Winkel bewegt, wird nicht gebrochen und zerfällt nicht in mehrere Strahlen. Die Strahlen, die aus einem anderen Winkel auf das Auge des Tieres fallen, werden jedoch in zwei Strahlen unterteilt, die gebrochen werden und genau so in die Sinneszellen gelangen, wie es für die anschließende Bildung des Gesamtbildes erforderlich ist. Da die Augen von Trilobiten fast vollständig anorganisch waren, konnten sie sich nicht allein auf verschiedene Objekte konzentrieren. Bei den meisten modernen Tieren erfolgt die Fokussierung aufgrund einer Änderung der Form und Größe der Pupille und der Linse automatisch (natürlich)Dies gilt nur für Tiere, die sowohl eine Pupille als auch eine Linse haben.

Die Augen der meisten Trilobitenarten haben eine Struktur, die der Struktur jener optischen Strukturen sehr ähnlich ist, die Descartes und Huygens Mitte des 17. Jahrhunderts geschaffen haben. Huygens Okularbesteht aus zwei flach-konvexen Linsen, die sich in flachen Teilen zum Auge des Betrachters befinden und durch einen bestimmten Spalt voneinander getrennt sind. Linsen werden als Augenlinsen und Feldlinsen bezeichnet. Die Brennebene befindet sich zwischen zwei Linsen. Es wurde Ende der 1660er Jahre von Christian Huygens erfunden und war das erste zusammengesetzte Okular (mit mehreren Linsen). Huygens entdeckte, dass zwei durch Lücken getrennte Linsen verwendet werden können, um ein Okular ohne chromatische Aberration herzustellen. Diese asphärischen Anaplanatny-Linsen können das von einzelnen Elementen des Auges erzeugte Bild optimieren und Lichtstrahlen besser als andere Systeme sammeln. Unter den Trilobiten gab es Arten, die überhaupt keine Augen hatten (sie lebten wahrscheinlich im Dunkeln oder in sehr schlammigen Gewässern), zum Beispiel die Art Agnostus oder Arten, die primitive Augen hatten.

Aber die meisten anderen hatten Augen entwickelt. Sie sind in drei Typen unterteilt :

Augen vom holochroischen Typ. Sie bestanden aus einer großen Anzahl elementarer „Facetten“, wir sprechen von 15.000 prismatischen Linsen oder sogar mehr davon. Alle Elementarlinsen standen in direktem Kontakt miteinander, ohne opake Trennmembranen. Eine transparente Schutzmembran bedeckte diesen Augentyp nur von oben.

Augen vom schizochroischen Typ. Sie bestanden aus jeweils ca. 700 Elementen und waren durch undurchsichtige Wände getrennt. Einzelne „Facetten“ waren abgerundete oder polygonale Linsen. Die Augen waren oben mit einer transparenten Membran beschichtet, die wahrscheinlich das gesamte Organ vor Schäden schützte. Bei allen frühen Trilobitenarten waren die Augen holochroisch, was sich dann zum schizochroischen Augentyp entwickelte.

Abatochroic Art der Augen. Es hatte viel weniger Elemente (nicht mehr als 70). Dies waren alle die gleichen gerundeten oder polygonalen Linsen, die sich von der Größe der schizochroischen Augenlinsen unterschieden. Jede Elementarlinse war durch eine dünne undurchsichtige Membran (Sklera) von den benachbarten getrennt. Diese Augen waren kleiner als die beiden vorherigen Typen, versorgten aber ihre "Besitzer" mit guter Sicht. Wahrscheinlich waren abatochroische Augen in jenen Trilobiten, die am Boden oder in relativ schlammigem Wasser lebten.

Die Augen verschiedener Trilobitenarten unterschieden sich in Größe und Lage. Zum Beispiel befanden sich bei den Tieren, die im Boden lebten, ihre Augen auf den Stielen. Sie erlaubten dem im Schlamm begrabenen Tier, alles zu sehen, was um ihn herum geschah. Viele Trilobiten hatten eine hervorragende Sichtbarkeit. Die Augen der Opipeuter-Arten boten also einen fast kreisförmigen Blick - diese schwimmenden Tiere sahen alles, was oben, unten und an den Seiten passiert. Sie hatten keine sogenannten Totzonen.



Im Allgemeinen bildete sich das „Bild“ bei Trilobiten ungefähr so ​​wie bei modernen Insekten mit facettierten Augen. Einzelne Elemente des Bildes bildeten ein gemeinsames Mosaik. Je besser, desto mehr einzelne Elemente enthielten das Auge. Wahrscheinlich kann dies mit der Pixelung des Bildes auf Monitoren verglichen werden - je größer das Pixel, desto größer die "Körnigkeit", die wir sehen.

Bridgette Schöömenen, Paläontologin an der Universität Bonn , war eine der ersten, die die Augen von Trilobiten mittels Fluoroskopie untersuchte. Dank ihrer Methode konnte sie schätzendie Struktur nicht nur der Facettenlinsen, sondern auch der Zellen, die sich darunter befinden. Unter jeder Miniaturlinse befinden sich sensorische Zellen, deren Position der von Blütenblättern ähnelt. Das zentrale Element waren rautenförmige Photorezeptoren. Im Zwischenraum befanden sich Pigmentzellen, die den Augen eine braun-schwarze Farbe verliehen.

Wie oben erwähnt, hatten Trilobiten keine Probleme mit der Bildfokussierung. Gleichzeitig sahen sie Objekte in ihrer Nähe und Objekte, die Hunderte von Metern von ihnen entfernt waren. Im Allgemeinen hatten diese alten Tiere komplexe Augen, die ein "Bild" lieferten, das nicht schlechter war als die Augen moderner Tiere. Und während sich die Struktur dieser alten Augen radikal von der Struktur der Augen moderner Tiere unterschied.

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