Física en el mundo animal: trilobites y sus "lentes" de calcita

Los trilobites son una clase de animales marinos que murieron hace cientos de millones de años. Los científicos conocen 9 órdenes de trilobites, que incluyen 150 familias, 5 mil géneros y 10 mil especies. Los análogos modernos más cercanos de trilobites en la estructura del cuerpo son los piojos de la madera y los cangrejos de herradura (por cierto, "minerales vivos"). La mayoría de los trilobites tenían un poderoso caparazón. La boca y las piernas estaban ubicadas en la parte inferior del cuerpo, y los ojos estaban en la parte superior.

Los ojos de la mayoría de los trilobites eran muy complejos, y su estructura era radicalmente diferente de la estructura de los ojos de los animales modernos. Estos animales no tenían un cristalino cristalino; en cambio, los trilobites tenían lentes minerales de calcita. Ahora los únicos animales con lentes ópticas minerales son algunos de los ofiurios actualmente existentes y el molusco Acanthopleura granulata. La complejidad de los ojos de los trilobites era mucho mayor que la complejidad de los ojos de estos de nuestros contemporáneos.

¿Cómo descubrieron los científicos la estructura de los ojos de trilobites? Debido al hecho de que consistían en calcita inorgánica, los ojos de los trilobites están muy bien conservados. En las lentes elementales de los ojos compuestos de artrópodos fósiles, la calcita tiene una estructura cristalina inusual. Un rayo de luz que viaja en cierto ángulo no se refracta y no se divide en varios rayos. Pero los rayos que caen sobre el ojo del animal desde un ángulo diferente se dividen en dos rayos, que se refractan y entran en las células sensoriales exactamente como sea necesario para la formación posterior de la imagen general. Como los ojos de los trilobites eran casi completamente inorgánicos, no podían enfocarse en varios objetos por sí mismos. En la mayoría de los animales modernos, el enfoque es automático debido a un cambio en la forma y el tamaño de la pupila y la lente (por supuesto,esto se aplica solo a aquellos animales que tienen una pupila y una lente).

Los ojos de la mayoría de las especies de trilobites tienen una estructura muy similar a la estructura de esas estructuras ópticas que fueron creadas por Descartes y Huygens a mediados del siglo XVII. Ocular Huygensconsiste en dos lentes convexas planas ubicadas en partes planas al ojo del observador y separadas por un cierto espacio. Las lentes se llaman lentes oculares y lentes de campo. El plano focal se encuentra entre dos lentes. Fue inventado por Christian Huygens a fines de la década de 1660 y fue el primer ocular compuesto (lentes múltiples). Huygens descubrió que se pueden usar dos lentes separadas por espacios para hacer un ocular con cero aberración cromática. Estas lentes anaplanatnyy asféricas pueden optimizar la imagen formada por elementos individuales del ojo, recogiendo los rayos de luz mejor que otros sistemas. Entre los trilobites, había especies que no tenían ojos en absoluto (probablemente vivían en la oscuridad o en aguas muy fangosas), por ejemplo, la especie Agnostus, o especies que tenían ojos primitivos.

Pero la mayoría del resto había desarrollado ojos. Se dividen en tres tipos :

Ojos del tipo holocróico. Consistían en una gran cantidad de "facetas" elementales, estamos hablando de 15,000 lentes prismáticas, o incluso más. Todas las lentes elementales estaban en contacto directo entre sí, sin membranas de separación opacas. Una membrana protectora transparente cubría este tipo de ojo solo desde arriba.

Ojos de tipo esquizocroico. Consistían en aproximadamente 700 elementos cada uno y estaban separados por paredes opacas. Las "facetas" individuales eran lentes redondeadas o poligonales. Los ojos estaban recubiertos en la parte superior con una membrana transparente que probablemente protegía todo el órgano del daño. En todas las especies de trilobites tempranas, los ojos eran holocróicos, que luego evolucionaron hacia el tipo de ojo esquizocróico.

Tipo de ojos abatocroicos. Tenía muchos menos elementos (no más de 70). Estas eran todas las mismas lentes redondeadas o poligonales, que diferían del tamaño de las lentes de tipo esquizocróico. Cada lente elemental estaba separada de las vecinas por una delgada membrana opaca (esclera). Estos ojos eran más pequeños que los dos tipos anteriores, pero proporcionaban a sus "dueños" una buena visión. Probablemente los ojos abatocroicos estaban en esos trilobites que vivían en el fondo o en aguas relativamente lodosas.

Los ojos de diferentes especies de trilobites diferían en tamaño y ubicación. Por ejemplo, en aquellos animales que vivían en el suelo del fondo, sus ojos estaban ubicados en los tallos. Permitieron que el animal enterrado en el cieno viera todo lo que sucedía a su alrededor. Muchos trilobites tenían excelente visibilidad. Entonces, los ojos de la especie Opipeuter proporcionaron una vista casi circular: estos animales flotantes vieron todo lo que sucede arriba, abajo y a los lados. No tenían las llamadas zonas muertas.



En general, la "imagen" en los trilobites se formó aproximadamente de la misma manera que en los insectos modernos con ojos facetados. Los elementos individuales de la imagen formaron un mosaico común, que era el mejor, los elementos más individuales contenían el ojo. Probablemente, esto se puede comparar con la pixelación de la imagen en los monitores: cuanto más grande es el píxel, mayor es el "granulado" que vemos.

Bridgette Schöömenen, paleontóloga de la Universidad de Bonn , fue una de las primeras en estudiar los ojos de los trilobites mediante fluoroscopia. Gracias a su método, pudo apreciarLa estructura no solo de las lentes facetarias, sino también de las células que se encuentran debajo de ellas. Las células sensoriales se encuentran debajo de cada lente en miniatura, y su ubicación se asemeja a la de los pétalos de flores. El elemento central eran los fotorreceptores en forma de diamante. En el espacio intermedio había células de pigmento, que le daban a los ojos un color marrón-negro.

Como se mencionó anteriormente, los trilobites no tuvieron problemas con el enfoque de la imagen. Al mismo tiempo, vieron objetos cerca de ellos y aquellos objetos que estaban a cientos de metros de ellos. En general, estos antiguos animales tenían ojos complejos que proporcionaban una "imagen" no peor que los ojos de los animales modernos. Y aunque la estructura de estos ojos antiguos era radicalmente diferente de la estructura de los ojos de los animales modernos.

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