Física no mundo animal: trilobitas e suas “lentes” da calcita

Trilobitas são uma classe de animais marinhos que morreram centenas de milhões de anos atrás. Os cientistas conhecem 9 ordens de trilobitas, que incluem 150 famílias, 5 mil gêneros e 10 mil espécies. Os análogos modernos mais próximos dos trilobitas na estrutura corporal são os piolhos da madeira e os caranguejos-ferradura (aliás, “minerais vivos”). A maioria dos trilobitas tinha uma concha poderosa. A boca e as pernas estavam localizadas na parte inferior do corpo e os olhos na parte superior.

Os olhos da maioria dos trilobitas eram muito complexos e sua estrutura era radicalmente diferente da estrutura dos olhos dos animais modernos. Esses animais não tinham lentes cristalinas cristalinas; em vez disso, os trilobitas tinham lentes minerais da calcita. Agora, os únicos animais com lentes ópticas minerais são alguns dos ophiurs atualmente existentes e o molusco Acanthopleura granulata. A complexidade dos olhos dos trilobitas era muito maior do que a complexidade dos olhos desses contemporâneos.

Como os cientistas descobriram a estrutura dos olhos dos trilobitas? Devido ao fato de consistirem em calcita inorgânica, os olhos dos trilobitas são muito bem preservados. Nas lentes elementares dos olhos compostos de artrópodes fósseis, a calcita tem uma estrutura cristalina incomum. Um raio de luz que viaja em um determinado ângulo não refrata e não quebra em vários raios. Mas os raios que caem no olho do animal de um ângulo diferente são divididos em dois raios, que são refratados e chegam às células sensoriais exatamente conforme necessário para a formação subsequente da imagem geral. Como os olhos dos trilobitas eram quase completamente inorgânicos, eles não podiam se concentrar em vários objetos por conta própria. Na maioria dos animais modernos, o foco é automático devido a uma alteração na forma e no tamanho da pupila e da lente (é claro,isso se aplica apenas aos animais que possuem pupila e lente).

Os olhos da maioria das espécies de trilobitas têm uma estrutura muito semelhante à estrutura daquelas estruturas ópticas criadas por Descartes e Huygens em meados do século XVII. Ocular Huygensconsiste em duas lentes planas convexas localizadas em partes planas no olho do observador e separadas por uma certa lacuna. As lentes são chamadas de lentes oculares e de campo. O plano focal está localizado entre duas lentes. Foi inventado por Christian Huygens no final da década de 1660 e foi a primeira ocular composta (multi-lente). Huygens descobriu que duas lentes separadas por espaços podem ser usadas para fazer uma ocular com aberração cromática zero. Essas lentes anaplanatny asféricas podem otimizar a imagem formada por elementos individuais do olho, coletando raios de luz melhor do que outros sistemas. Entre os trilobitas, havia espécies que não tinham olhos (provavelmente viviam no escuro ou em águas muito lamacentas), por exemplo, as espécies Agnostus ou espécies que tinham olhos primitivos.

Mas a maioria do resto havia desenvolvido olhos. Eles são divididos em três tipos :

Olhos do tipo holocrômico. Eles consistiam em um grande número de "facetas" elementares, estamos falando de 15.000 lentes prismáticas, ou até mais. Todas as lentes elementares estavam em contato direto entre si, sem membranas de separação opacas. Uma membrana protetora transparente cobria esse tipo de olho apenas de cima.

Olhos do tipo esquizocroico. Eles consistiam em aproximadamente 700 elementos cada e foram separados por paredes opacas. As "facetas" individuais eram lentes arredondadas ou poligonais. Os olhos foram revestidos por cima com uma membrana transparente que provavelmente protegia todo o órgão contra danos. Em todas as espécies iniciais de trilobitas, os olhos eram holocrômicos, que depois evoluíram para o tipo esquizocroico.

Olhos abatocrômicos. Tinha muito menos elementos (não mais que 70). Essas eram todas as mesmas lentes arredondadas ou poligonais, que diferiam do tamanho do tipo esquizocroico de lentes oculares. Cada lente elementar foi separada das lentes vizinhas por uma fina membrana opaca (esclera). Esses olhos eram menores que os dois tipos anteriores, mas proporcionavam aos seus "proprietários" uma boa visão. Provavelmente os olhos abatocrómicos estavam naqueles trilobitas que viviam no fundo ou em águas relativamente lamacentas.

Os olhos de diferentes espécies de trilobitas diferiam em tamanho e localização. Por exemplo, naqueles animais que viviam no solo inferior, seus olhos estavam localizados nas hastes. Eles permitiram que o animal enterrado no lodo visse tudo o que estava acontecendo ao redor. Muitos trilobitas tinham excelente visibilidade. Assim, os olhos da espécie Opipeuter proporcionavam uma visão quase circular - esses animais flutuantes viam tudo o que acontecia acima, abaixo e nas laterais. Eles não tinham as chamadas zonas mortas.



Em geral, a “imagem” nos trilobitas se forma aproximadamente da mesma maneira que nos insetos modernos com olhos facetados. Elementos individuais da imagem formavam um mosaico comum; quanto melhor, mais elementos individuais continham o olho. Provavelmente, isso pode ser comparado com a pixelização da imagem nos monitores - quanto maior o pixel, maior a "granulação" que vemos.

Bridgette Schöömenen, paleontologista da Universidade de Bonn , foi uma das primeiras a estudar os olhos dos trilobitas usando fluoroscopia. Graças ao seu método, ela pôde apreciara estrutura não apenas das lentes facetadas, mas também das células localizadas sob elas. As células sensoriais estão localizadas sob cada lente em miniatura e sua localização se assemelha à das pétalas de flores. O elemento central foram os fotorreceptores em forma de diamante. No espaço intermediário, havia células de pigmento, que davam aos olhos uma cor marrom-preta.

Como mencionado acima, os trilobitas não tiveram problemas com o foco da imagem. Ao mesmo tempo, eles viram objetos perto deles e aqueles objetos que estavam a centenas de metros deles. Em geral, esses animais antigos tinham olhos complexos que forneciam uma "imagem" não pior que os olhos dos animais modernos. E enquanto a estrutura desses olhos antigos era radicalmente diferente da estrutura dos olhos dos animais modernos.

Source: https://habr.com/ru/post/pt398981/