I 2019, hvis alt går efter planen, vil det meget forsinkede James Webb-rumteleskop endelig blive sendt i kredsløb. Når det er samlet, vil det bruge en række af 18 sekskantede spejle til at indsamle og fokusere lyset fra fjerne galakser. Dette design med segmenterede spejle blev udviklet i 1980’erne, og det har været så vellykket, at det vil indgå i næsten alle de store teleskoper, der skal bygges i den nærmeste fremtid.
Men som altid kom naturen først. I millioner af år har kammuslinger set på verden ved hjælp af snesevis af øjne, som hver især har et segmenteret spejl, der på forbløffende vis ligner spejlene i vores største teleskoper. Og forskere har netop for første gang fået et godt kig på en af dem.
Ja, det er kammuslinger – de pandestegte pucks af hvidt kød, der pryder vores middagsborde. Disse pucks er blot de muskler, som dyrene bruger til at lukke deres smukke skaller. Kig på en fuld, levende kammusling, og du vil se et helt andet dyr. Og det dyr vil se tilbage på dig ved hjælp af snesevis af øjne, der er placeret langs den kødfulde kappe på inderkanten af skallen. Nogle arter har op til 200 øjne. Andre har elektrisk blå øjne.
Inden for øjnene bliver det mærkelige endnu mere underligt. Når lyset kommer ind i et menneskeøje, passerer det gennem en linse, som fokuserer det på nethinden – et lag af lysfølsomme celler. Når lyset kommer ind i en kammuslinges øje, passerer det gennem en linselignende struktur, som … ikke ser ud til at gøre noget. Derefter passerer det gennem to nethinder, der ligger i lag oven på hinanden. Til sidst rammer det et buet spejl på bagsiden af øjet, som reflekterer det tilbage til nethinden. Det er dette spejl og ikke linsen, der fokuserer det indkommende lys, på samme måde som spejlene i segmenterede teleskoper.
Michael Land fra University of Sussex opdagede meget af dette i 1960’erne, ved omhyggeligt at se på øjnene under et mikroskop og spore den vej, som lyset skal gå i dem. Han identificerede spejlet, han viste, at det består af lagdelte krystaller, og han foreslog, at krystallerne er lavet af guanin – en af byggestenene i DNA. “Det er meget imponerende, hvordan Land havde ret i stort set alting ud fra nogle ret simple tilgange”, siger Daniel Speiser fra University of South Carolina, som også studerer kammuslingeøjne. “Men ingen har før fået et godt kig på et intakt spejl.”
Mere historier
Problemet er, at kraftige mikroskoper har en tendens til at dehydrere prøver i processen med at analysere dem, og det ville ødelægge placeringen af spejlets krystaller. Nu har Lia Addadi fra Weizmann Institute of Science fundet en måde at omgå dette problem på. Hendes hold, herunder Benjamin Palmer og Gavin Taylor, har brugt et mikroskop, der hurtigt fryser prøverne ned, så alt indeni forbliver på det rigtige sted. De har endelig rekonstrueret spejlets struktur i strålende detaljer, hvilket bekræfter mange af Land’s idéer og uddyber andre.
Spejlet består af flade, firkantede guaninkrystaller, der hver er en milliontedel af en meter brede. De tessellerer sammen til et skakbrætlignende gitter. Mellem 20 og 30 af disse gitter stables derefter oven på hinanden med et væskefyldt hul mellem dem. Og lagene er arrangeret således, at firkanterne i hvert lag ligger direkte under firkanterne i det foregående lag. Krystallerne og hullerne mellem dem er henholdsvis 74 og 86 milliardedele af en meter tykke, og disse præcise afstande betyder, at spejlet som helhed er fantastisk til at reflektere blågrønt lys – den farve, der dominerer kammuslingens undervandslevested.
Hele strukturen er en mesterklasse i præcisionsteknik. “Når der findes en elegant fysisk løsning, er den evolutionære proces meget god til at finde den”, siger Alison Sweeney, der er fysiker ved University of Pennsylvania og studerer dyrs syn.
Denne præcision er så meget desto mere bemærkelsesværdig, fordi guaninkrystaller ikke naturligt dannes i tynde firkanter. Hvis man dyrker dem i laboratoriet, får man et klumpet prisme. Det er tydeligt, at kammuslingen aktivt styrer væksten af disse krystaller og former dem, efterhånden som de dannes. Guaninkrystaller vokser i lag, og Addadi mener, at kammuslingen på en eller anden måde forskyder orienteringen af hvert lag med 90 grader i forhold til de lag, der ligger over og under det. Når lagene vokser udad, gør de det kun i fire retninger, hvilket skaber en firkant. Hvordan det gør det, er et mysterium, ligesom alt andet ved den måde, spejlene dannes på.
Spejlet er heller ikke en livløs struktur i øjet. Det er en levende ting. De firkantede krystaller vokser inde i cellerne i kammuslingens øje og fylder dem op. Det er cellerne, der derefter tessellerer sammen for at danne lagene. “Cellerne kan ikke være døde,” siger Addadi, “ellers ville det hele gå i stykker.” Så ikke alene skal cellerne kontrollere væksten af krystallerne inde i dem, men de skal også kommunikere med hinanden for at arrangere sig på den rigtige måde. “Hvordan gør de det? Det ved jeg virkelig ikke,” tilføjer hun.
Hvad end deres trick er, så giver det tydeligvis resultater. Kammuslinges syn vil ikke snart kunne konkurrere med vores, men det er langt skarpere, end man kunne forvente for et dyr, der i bund og grund er en fin musling. Speiser demonstrerede dette for et årti siden ved at sætte kammuslinger i små sæder og afspille film af drivende madpartikler. Selv når partiklerne kun var 1,5 millimeter brede, åbnede kammuslingerne deres skaller og var klar til at spise. “Tanken om, at disse dyr danner rigtig flotte billeder med deres øjne, føles meget solid for mig,” siger Speiser.
Addadis hold bemærkede også, at kammuslingens spejl er lidt skråt i forhold til dens nethinde. Som følge heraf fokuserer spejlet lyset fra midten af dyrets synsfelt på den øverste nethinde og lyset fra periferien på den nederste nethinde. Måske er det derfor, at dyret har to nethinder: De giver den mulighed for at fokusere på forskellige dele af omgivelserne på samme tid.
“Det er en virkelig fantastisk undersøgelse”, siger Jeanne Serb fra Iowa State University, som også har studeret kammuslingens øjne. Det er med til at løse mysteriet om de dobbelte nethinder – noget, som forskere længe har forsøgt at løse, uden held.
Men Speiser er ikke helt overbevist. Han siger, at øjnene let bliver deformeret, når de bliver dissekeret, og selv en blid knusning kan ændre spejlets og nethindenes orientering. Alligevel har han ikke en bedre forklaring, selv om han har afprøvet flere mulige ideer i løbet af de sidste 12 år. “Intet af det hele har holdt stik, og dette er en lige så god hypotese som nogen anden”, siger han.
Det næste store mål for kammuslingelskere er at finde ud af, hvorfor kammuslinger har så mange øjne, tilføjer han. De giver den sandsynligvis mulighed for at scanne et stort område, men tager den hensyn til oplysningerne fra hvert øje for sig eller kombinerer den dem alle sammen til et enkelt billede? Efter århundreders studier ved forskerne nu endelig, hvordan hvert enkelt øje ser. Men “vi har stadig ingen idé om, hvad dyret som helhed opfatter”, siger han.