动物界的物理学：方解石中的三叶虫及其“晶状体”

三叶虫是一类在数亿年前死亡的海洋动物。科学家知道三叶虫的9个阶，包括150个科，5万属和1万种。三叶虫在身体结构上最接近的现代类似物是木虱和马蹄蟹（顺便说一下，“活的矿物质”）。多数三叶虫有坚硬的壳。嘴和腿位于身体的下侧，眼睛位于上侧。

大多数三叶虫的眼睛非常复杂，其结构与现代动物的眼睛完全不同。这些动物没有结晶晶状体；相反，三叶虫具有方解石的矿物晶状体。现在，仅有的带有矿物光学镜片的动物是一些目前存在的op虫和软体动物棘棘。三叶虫的眼睛的复杂性远高于我们当代人的眼睛的复杂性。

科学家如何发现三叶虫眼睛的结构？由于它们由无机方解石组成，因此三叶虫的眼睛保存得很好。在化石节肢动物的复眼的基本镜片中，方解石具有不寻常的晶体结构。以一定角度传播的光线不会折射，也不会分解为几束光线。但是从不同角度落在动物眼睛上的光线被分为两束，经过折射后，它们完全按照随后形成整体图像所需的方式到达感觉细胞。由于三叶虫的眼睛几乎完全是无机的，因此它们自己不能专注于各种物体。在大多数现代动物中，由于瞳孔和晶状体的形状和大小的变化（当然，这仅适用于同时具有瞳孔和镜片的动物。

大多数三叶虫种类的眼睛的结构与笛卡尔和惠更斯在17世纪中叶创造的光学结构非常相似。惠更斯目镜由两个平凸透镜组成，两个平凸透镜位于观察者眼睛的平坦部分，并隔开一定的间隙。镜片被称为护目镜和物镜。焦平面位于两个透镜之间。它由克里斯蒂安·惠更斯（Christian Huygens）于1660年代后期发明，是第一款复合（多透镜）目镜。惠更斯发现，可以使用两个间隔分开的透镜来制作色差为零的目镜。这些非球面等距透镜可以优化由眼睛的各个元素形成的图像，比其他系统更好地收集光线。在三叶虫中，有一些根本没有眼睛的物种（它们可能生活在黑暗或非常泥泞的水域中），例如Agnostus物种或具有原始眼睛的物种。

但是其余大多数人都已经睁大了眼睛。它们分为三种类型：

整体型眼睛。它们由大量基本的“刻面”组成，我们正在谈论的是15,000个棱镜镜片，甚至更多。所有基本镜片彼此直接接触，没有不透明的分离膜。透明保护膜仅从上方覆盖这种类型的眼睛。

精神分裂症型的眼睛。它们每个由大约700个元素组成，并由不透明的墙壁隔开。各个“刻面”是圆形或多边形的镜片。眼睛的顶部涂有透明膜，可能保护了整个器官免受损害。在所有早期的三叶虫物种中，眼睛都是整体的，然后演变为精神分裂型的眼睛。

杂色的眼睛。它的元素要少得多（不超过70个）。这些都是相同的圆形或多边形镜片，与精神分裂型眼镜片的尺寸不同。每个基本晶状体通过不透明的薄膜（巩膜）与相邻的基本晶状体隔开。这些眼睛比前两种类型小，但为“所有者”提供了良好的视力。那些生活在海底或相对泥泞的水中的三叶虫中，可能是杂色的眼睛。

不同种类的三叶虫的眼睛在大小和位置上都不同。例如，在那些生活在底层土壤中的动物中，它们的眼睛位于茎上。他们让埋在淤泥中的动物看到周围发生的一切。许多三叶虫具有极好的能见度。因此，Opipeuter物种的眼睛几乎提供了圆形视野-这些漂浮的动物看到了发生在上方，下方和侧面的所有事物。他们没有所谓的死区。



通常，三叶虫中的“图片”以与现代多面眼睛昆虫相同的方式形成。图像的各个元素形成一个共同的镶嵌图，越好，单个元素包含的眼睛越多。可以将其与监视器上图像的像素化进行比较-像素越大，我们看到的“颗粒度”就越大。波恩大学

的古生物学家布里奇特·舍曼宁（BridgetteSchöömenen）是最早使用荧光检查法研究三叶虫眼睛的人之一。多亏了她的方法，她才得以欣赏不仅是小晶状体的结构，还有位于其下方的细胞的结构。感觉细胞位于每个微型晶状体的下方，其位置类似于花瓣的位置。中心元件是菱形的感光体。在中间空间有色素细胞，使眼睛呈棕黑色。

如上所述，三叶虫在图像聚焦方面没有问题。同时，他们看到附近的物体以及距离他们数百米的物体。通常，这些古代动物的眼睛很复杂，提供的“图片”不比现代动物的眼睛差。这些古老的眼睛的结构与现代动物的眼睛的结构有根本的不同。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN398981/