Physique dans le monde animal: les trilobites et leurs «lentilles» en calcite

Les trilobites sont une classe d'animaux marins morts il y a des centaines de millions d'années. Les scientifiques connaissent 9 ordres de trilobites, qui comprennent 150 familles, 5 000 genres et 10 000 espèces. Les analogues modernes les plus proches des trilobites dans la structure corporelle sont les poux du bois et les crabes en fer à cheval (soit dit en passant, «minéraux vivants»). La plupart des trilobites avaient une carapace puissante. La bouche et les jambes étaient situées sur la partie inférieure du corps et les yeux sur la partie supérieure.

Les yeux de la plupart des trilobites étaient très complexes et leur structure était radicalement différente de la structure des yeux des animaux modernes. Ces animaux n'avaient pas de cristallin cristallin; au lieu de cela, les trilobites avaient des lentilles minérales de calcite. Aujourd'hui, les seuls animaux dotés de lentilles optiques minérales sont certains des ophiurs existants et le mollusque Acanthopleura granulata. La complexité des yeux des trilobites était beaucoup plus élevée que la complexité des yeux de ceux de nos contemporains.

Comment les scientifiques ont-ils découvert la structure des yeux trilobites? Du fait qu'ils étaient constitués de calcite inorganique, les yeux des trilobites sont très bien conservés. Dans les lentilles élémentaires des yeux composés des arthropodes fossiles, la calcite a une structure cristalline inhabituelle. Un rayon de lumière qui se déplace sous un certain angle ne se réfracte pas et ne se divise pas en plusieurs rayons. Mais les rayons qui tombent sur l'œil de l'animal sous un angle différent sont divisés en deux rayons, qui sont réfractés et arrivent aux cellules sensorielles exactement comme nécessaires pour la formation ultérieure de l'image globale. Comme les yeux des trilobites étaient presque complètement inorganiques, ils ne pouvaient pas se concentrer seuls sur divers objets. Chez la plupart des animaux modernes, la mise au point est automatique en raison d'un changement dans la forme et la taille de la pupille et de la lentille (bien sûr,cela ne s'applique qu'aux animaux qui ont à la fois une pupille et une lentille).

Les yeux de la plupart des espèces de trilobites ont une structure très similaire à la structure des structures optiques créées par Descartes et Huygens au milieu du XVIIe siècle. Oculaire Huygensse compose de deux lentilles plates convexes situées dans des parties plates à l'œil de l'observateur et séparées par un certain espace. Les lentilles sont appelées lentilles oculaires et lentilles de champ. Le plan focal est situé entre deux lentilles. Il a été inventé par Christian Huygens à la fin des années 1660 et fut le premier oculaire composite (multi-lentilles). Huygens a découvert que deux lentilles séparées par un espace peuvent être utilisées pour fabriquer un oculaire sans aucune aberration chromatique. Ces lentilles anaplanatnye asphériques peuvent optimiser l'image formée par des éléments individuels de l'œil, en collectant mieux les rayons lumineux que les autres systèmes. Parmi les trilobites, il y avait des espèces qui n'avaient pas du tout de yeux (elles vivaient probablement dans l'obscurité ou dans des eaux très boueuses), par exemple, l'espèce Agnostus, ou des espèces qui avaient des yeux primitifs.

Mais la plupart des autres avaient développé des yeux. Ils sont divisés en trois types :

Yeux de type holochroïque. Ils étaient constitués d'un grand nombre de «facettes» élémentaires, nous parlons de 15 000 lentilles prismatiques, voire plus. Toutes les lentilles élémentaires étaient en contact direct les unes avec les autres, sans membranes de séparation opaques. Une membrane protectrice transparente ne recouvrait ce type d'œil que d'en haut.

Yeux de type schizochroïque. Ils étaient constitués d'environ 700 éléments chacun et étaient séparés par des murs opaques. Les «facettes» individuelles étaient des lentilles arrondies ou polygonales. Les yeux étaient recouverts d'une membrane transparente qui protégeait probablement l'ensemble de l'organe des dommages. Chez toutes les premières espèces de trilobites, les yeux étaient holochroïques, qui ont ensuite évolué vers le type d'œil schizochroïque.

Yeux de type abatochroïque. Il avait beaucoup moins d'éléments (pas plus de 70). C'étaient toutes les mêmes lentilles arrondies ou polygonales, qui différaient de la taille des lentilles oculaires de type schizochroïque. Chaque lentille élémentaire était séparée des lentilles voisines par une fine membrane opaque (sclérotique). Ces yeux étaient plus petits que les deux types précédents, mais offraient à leurs "propriétaires" une bonne vision. Les yeux abatochroïques étaient probablement dans ces trilobites qui vivaient au fond ou dans une eau relativement boueuse.

Les yeux des différentes espèces de trilobites différaient en taille et en emplacement. Par exemple, chez les animaux qui vivaient dans le sol du fond, leurs yeux étaient situés sur les tiges. Ils ont permis à l'animal enterré dans le limon de voir tout ce qui se passait autour. De nombreux trilobites avaient une excellente visibilité. Ainsi, les yeux des espèces Opipeuter ont fourni une vue presque circulaire - ces animaux flottants ont vu tout ce qui se passe au-dessus, en dessous et sur les côtés. Ils n'avaient pas les soi-disant zones mortes.



En général, le «tableau» des trilobites s'est formé approximativement de la même manière que chez les insectes modernes aux yeux à facettes. Les éléments individuels de l'image formaient une mosaïque commune, ce qui était mieux, plus les éléments individuels contenaient l'œil. Probablement, cela peut être comparé à la pixellisation de l'image sur les moniteurs - plus le pixel est grand, plus le "grain" que nous voyons est grand.

Bridgette Schöömenen, paléontologue à l'Université de Bonn , a été l'une des premières à étudier les yeux des trilobites par fluoroscopie. Grâce à sa méthode, elle a pu apprécierla structure non seulement des lentilles à facettes, mais aussi des cellules qui se trouvent sous elles. Les cellules sensorielles sont situées sous chaque lentille miniature et leur emplacement ressemble à celui des pétales de fleurs. L'élément central était des photorécepteurs en forme de diamant. Dans l'espace intermédiaire se trouvaient des cellules pigmentaires, qui donnaient aux yeux une couleur brun-noir.

Comme mentionné ci-dessus, les trilobites n'ont eu aucun problème de mise au point de l'image. En même temps, ils ont vu des objets près d'eux et ces objets qui étaient à des centaines de mètres d'eux. En général, ces animaux anciens avaient des yeux complexes qui fournissaient une "image" pas pire que les yeux des animaux modernes. Et tandis que la structure de ces yeux anciens était radicalement différente de la structure des yeux des animaux modernes.

Source: https://habr.com/ru/post/fr398981/