Vuonna 2019, jos kaikki menee suunnitelmien mukaan, paljon viivästynyt James Webb -avaruusteleskooppi laukaistaan vihdoin kiertoradalle. Kun se on koottu, se käyttää 18 kuusikulmaisen peilin joukkoa keräämään ja keskittämään kaukaisista galakseista tulevan valon. Tämä segmenttipeilirakenne kehitettiin 1980-luvulla, ja se on ollut niin menestyksekäs, että sitä käytetään lähes kaikissa lähitulevaisuudessa rakennettavissa suurissa teleskoopeissa.
Mutta kuten aina, luonto ehti ensin. Miljoonien vuosien ajan kampasimpukat ovat katselleet maailmaa kymmenien silmien avulla, joista jokaisessa on segmenttipeili, joka muistuttaa hämmästyttävän paljon suurimpien teleskooppiemme peilejä. Ja tiedemiehet ovat juuri päässeet katsomaan yhtä niistä ensimmäistä kertaa.
Joo, nuo kampasimpukat – pannulla paistetut valkoisen lihan kiekot, jotka koristavat ruokalautastamme. Nuo kiekot ovat vain lihaksia, joilla eläimet sulkevat kauniit kuorensa. Katso täyttä, elävää kampasimpukkaa, niin näet aivan erilaisen eläimen. Ja tämä eläin katsoo suoraan takaisin sinuun käyttämällä kymmeniä silmiä, jotka reunustavat sen kuoren sisäreunoilla olevaa lihaisaa vaippaa. Joillakin lajeilla on jopa 200 silmää. Toisilla taas on sähkönsiniset silmät.
Silmien sisällä outous syvenee. Kun valo tulee ihmissilmään, se kulkee linssin läpi, joka keskittää sen verkkokalvolle – valolle herkkien solujen kerrokseen. Kun valo tulee kampasimpukan silmään, se kulkee linssin kaltaisen rakenteen läpi, joka … ei näytä tekevän mitään. Sen jälkeen se kulkee kahden verkkokalvon läpi, jotka ovat kerroksittain päällekkäin. Lopuksi se osuu silmän takaosassa olevaan kaarevaan peiliin, joka heijastaa sen takaisin verkkokalvoille. Tämä peili, ei siis linssi, tarkentaa tulevan valon samalla tavalla kuin segmenttikaukoputkien peilit.
Michael Land Sussexin yliopistosta löysi suuren osan tästä 1960-luvulla tarkastelemalla huolellisesti silmiä mikroskoopin alla ja jäljittämällä reitin, jonka valon on kuljettava niiden sisällä. Hän tunnisti peilin, osoitti, että se koostuu kerroksellisista kiteistä, ja hän ehdotti, että kiteet koostuvat guaniinista – yhdestä DNA:n rakennuspalikoista. ”On hyvin vaikuttavaa, miten Land oli oikeassa lähes kaikesta melko yksinkertaisten lähestymistapojen avulla”, sanoo Daniel Speiser Etelä-Carolinan yliopistosta, joka myös tutkii kampasimpukan silmiä. ”Mutta kukaan ei ole ennen saanut kunnolla tarkasteltua ehjää peiliä.”
Lisää tarinoita
Ongelmana on, että tehokkailla mikroskoopeilla on taipumus kuivattaa näytteitä analysoitaessa, ja se pilaisi peilin kiteiden sijoittelun. Nyt Lia Addadi Weizmannin tiedeinstituutista on löytänyt keinon kiertää tämä ongelma. Hänen ryhmänsä, johon kuuluivat myös Benjamin Palmer ja Gavin Taylor, käytti mikroskooppia, joka jäädyttää näytteet nopeasti, jolloin kaikki niiden sisällä oleva pysyy oikeassa paikassa. He ovat vihdoin rekonstruoineet peilin rakenteen loistavin yksityiskohdin, mikä vahvistaa monia Landin ajatuksia ja täsmentää toisia.
Peili koostuu litteistä, neliönmuotoisista guaniinikiteistä, joista jokainen on metrin miljoonasosan levyinen. Ne asettuvat toisiinsa shakkilautamaiseen ruudukkoon. Tämän jälkeen 20-30 tällaista ruudukkoa pinoutuu päällekkäin, ja niiden välissä on nestetäytteinen rako. Kerrokset on järjestetty niin, että kunkin kerroksen ruudut ovat suoraan ylemmän kerroksen ruutujen alapuolella. Kiteet ja niiden väliset raot ovat vastaavasti 74 ja 86 miljardisosan metrin paksuisia, ja näiden tarkkojen etäisyyksien ansiosta peili kokonaisuutena heijastaa erinomaisesti sinivihreää valoa – väriä, joka hallitsee kampasimpukan vedenalaista elinympäristöä.
Koko rakenne on mestariluokkaa hienomekaniikassa. ”Kun on olemassa elegantti fysikaalinen ratkaisu, evoluutioprosessi on erittäin hyvä löytämään sen”, sanoo Alison Sweeney, Pennsylvanian yliopiston fyysikko, joka tutkii eläinten näköä.
Tämä tarkkuus on sitäkin ihmeellisempää, koska guaniinikiteet eivät luonnostaan muodostu ohuiksi neliöiksi. Jos niitä kasvatetaan laboratoriossa, saadaan paksu prisma. On selvää, että kampasimpukka kontrolloi aktiivisesti näiden kiteiden kasvua ja muokkaa niitä niiden muodostuessa. Guaniinikiteet kasvavat kerroksittain, ja Addadi uskoo, että kampasimpukka jotenkin siirtää kunkin kerroksen suuntaa 90 astetta sen ylä- ja alapuolella oleviin kerroksiin nähden. Kun kerrokset kasvavat ulospäin, ne kasvavat vain neljään suuntaan muodostaen neliön. Miten se tekee sen, on mysteeri, kuten kaikki muukin peilien muotoutumiseen liittyvä.
Ei peili ole myöskään eloton rakenne silmän sisällä. Se on elävä olento. Neliönmuotoiset kristallit kasvavat kampasimpukan silmän solujen sisällä ja täyttävät ne. Sen jälkeen solut tesselloituvat yhteen muodostaen kerrokset. ”Solut eivät voi olla kuolleita”, Addadi sanoo, ”muuten koko juttu hajoaisi.” Sen lisäksi, että solujen on hallittava kiteiden kasvua sisällään, niiden on myös kommunikoitava toistensa kanssa, jotta ne järjestäytyisivät juuri näin. ”Miten ne tekevät sen? En todellakaan tiedä”, hän lisää.
Olipa niiden temppu mikä tahansa, se tuottaa selvästi tuloksia. Kampasimpukan näkökyky ei tule kilpailemaan meidän näkömme kanssa lähiaikoina, mutta se on paljon terävämpi kuin voisi odottaa eläimeltä, joka on pohjimmiltaan hieno simpukka. Speiser osoitti tämän kymmenen vuotta sitten laittamalla kampasimpukat pieniin istuimiin ja esittämällä elokuvia ajelehtivista ruokahiukkasista. Vaikka hiukkaset olivat vain 1,5 millimetriä leveitä, kampasimpukat avasivat kuorensa valmiina syömään. ”Ajatus siitä, että nämä eläimet muodostavat todella hienoja kuvia silmillään, tuntuu minusta hyvin vakaalta”, Speiser sanoo.
Addadin ryhmä huomasi myös, että kampasimpukan peili on hieman kallellaan sen verkkokalvoihin nähden. Tämän seurauksena peili keskittää eläimen näkökentän keskeltä tulevan valon ylemmälle verkkokalvolle ja periferiasta tulevan valon alemmalle verkkokalvolle. Ehkä siksi eläimellä on kaksi verkkokalvoa: Niiden avulla se voi keskittyä samanaikaisesti ympäristönsä eri osiin.
”Se on todella hämmästyttävä tutkimus”, sanoo Jeanne Serb Iowan osavaltion yliopistosta, joka on myös tutkinut kampasimpukan silmiä. Se auttaa ratkaisemaan kaksoisverkkokalvojen mysteerin – jotain, jota tutkijat ovat jo pitkään yrittäneet ratkaista tuloksetta.
Mutta Speiser ei ole täysin vakuuttunut. Hän sanoo, että silmät muuttuvat helposti epämuodostuneiksi, kun niitä leikataan, ja jopa hellävarainen rutistus voi muuttaa peilin ja verkkokalvojen suuntaa. Silti hänellä ei ole parempaa selitystä, vaikka hän on testannut useita mahdollisia ideoita viimeisten 12 vuoden aikana. ”Mikään ei täsmää, ja tämä on yhtä hyvä hypoteesi kuin mikä tahansa”, hän sanoo.
Kampasimpukoiden harrastajien seuraava suuri tavoite on selvittää, miksi kampasimpukoilla on niin paljon silmiä, hän lisää. Niiden avulla se pystyy luultavasti skannaamaan laajaa aluetta, mutta huomioiko se jokaisen silmän tiedot erikseen vai yhdistääkö se ne kaikki yhdeksi kuvaksi? Vuosisatojen tutkimusten jälkeen tutkijat tietävät vihdoin, miten kukin yksittäinen silmä näkee. Mutta ”meillä ei ole vieläkään mitään käsitystä siitä, mitä eläin kokonaisuutena havaitsee”, hän sanoo.