2019-ben, ha minden a tervek szerint halad, végre pályára állhat a sokat halogatott James Webb űrteleszkóp. Összeszerelése után 18 hatszögletű tükörből álló tömböt fog használni a távoli galaxisok fényének összegyűjtésére és fókuszálására. Ezt a szegmentált tükrös kialakítást az 1980-as években fejlesztették ki, és olyan sikeresnek bizonyult, hogy szinte az összes, a közeljövőben épülő nagy teleszkópban megtalálható lesz.
De mint mindig, a természet előbb ért oda. A fésűkagylók évmilliók óta tucatnyi szemmel nézik a világot, amelyek mindegyike egy-egy szegmentált tükörrel rendelkezik, amely kísértetiesen hasonlít a mi legnagyobb távcsöveinkhez. És a tudósok most láthattak meg egyet először.
Igen, azok a fésűkagylók – a fehér húsú, serpenyőben sült fésűkagylók, amelyek a tányérunkat díszítik. Azok a korongok csak az izmok, amelyekkel az állatok bezárják gyönyörű kagylóhéjukat. Nézzünk meg egy teli, élő fésűkagylót, és egy egészen más állatot fogunk látni. És ez az állat egyenesen visszanéz ránk, több tucatnyi szemével, amelyek a kagylóhéj belső peremén lévő húsos köpenyben sorakoznak. Egyes fajoknak akár 200 szeme is lehet. Másoknak villanykék.
A szemek belsejében a furcsaság még inkább elmélyül. Amikor a fény belép az emberi szembe, egy lencsén halad át, amely a retinára – a fényérzékeny sejtek rétegére – fókuszálja. Amikor a fény belép a fésűkagyló szemébe, egy lencseszerű szerkezeten halad át, ami … úgy tűnik, nem csinál semmit. Ezután két, egymásra rétegzett retinán halad át. Végül a szem hátsó részén egy görbe tükörbe ütközik, amely visszatükrözi a fényt a retinára. Ez a tükör, és nem a lencse fókuszálja a bejövő fényt, hasonlóan ahhoz, ahogyan a szegmentált távcsövek teszik.
Michael Land a Sussexi Egyetemről az 1960-as években fedezte fel ennek nagy részét, amikor mikroszkóp alatt gondosan szemügyre vette a szemeket, és nyomon követte az utat, amit a fénynek be kell járnia bennük. Azonosította a tükröt, kimutatta, hogy az réteges kristályokból áll, és felvetette, hogy a kristályok guaninból – a DNS egyik építőkövéből – állnak. “Nagyon lenyűgöző, hogy Landnek nagyjából mindenben igaza volt néhány igen egyszerű megközelítésből” – mondja Daniel Speiser, a Dél-Karolinai Egyetem munkatársa, aki szintén a kagylószemeket tanulmányozza. “De eddig még senki sem tudott jól megnézni egy ép tükröt.”
Még több történet
A probléma az, hogy az erős mikroszkópok hajlamosak kiszárítani a mintákat az elemzés során, és ez tönkretenné a tükör kristályainak elhelyezését. Most Lia Addadi, a Weizmann Tudományos Intézet munkatársa megtalálta a megoldást erre a problémára. Csapata, amelyben Benjamin Palmer és Gavin Taylor is részt vett, olyan mikroszkópot használt, amely gyorsan lefagyasztja a mintákat, így minden a helyén marad bennük. Végre pompás részletességgel rekonstruálták a tükör szerkezetét, megerősítve Land sok elképzelését, és kiegészítve másokat.
A tükör lapos, négyzet alakú guanin kristályokból áll, amelyek mindegyike egy méter milliomod része széles. Ezek sakktábla-szerű rácsot alkotnak. Ezután 20-30 ilyen rács egymásra rakódik, közöttük egy folyadékkal teli réssel. A rétegek pedig úgy vannak elrendezve, hogy az egyes négyzetek közvetlenül a fölöttük lévő négyzetek alatt helyezkedjenek el. A kristályok és a köztük lévő rések 74, illetve 86 milliárdod méter vastagok, és ezek a pontos távolságok azt jelentik, hogy a tükör egésze kiválóan tükrözi a kékeszöld fényt – azt a színt, amely a fésűkagyló víz alatti élőhelyét uralja.
A teljes szerkezet a precíziós mérnöki munka mesterkurzusa. “Ha van egy elegáns fizikai megoldás, az evolúciós folyamat nagyon jól megtalálja azt” – mondja Alison Sweeney, a Pennsylvaniai Egyetem fizikusa, aki az állatok látását tanulmányozza.
Ez a pontosság annál is inkább figyelemre méltó, mert a guaninkristályok a természetben nem vékony négyzet alakúak. Ha laboratóriumban növesztjük őket, vaskos prizmát kapunk. Nyilvánvaló, hogy a fésűkagyló aktívan irányítja ezeknek a kristályoknak a növekedését, formálja őket, miközben kialakulnak. A guaninkristályok rétegekben nőnek, és Addadi szerint a fésűkagyló valahogy 90 fokkal eltolja az egyes rétegek orientációját a fölötte és alatta lévő rétegekhez képest. Ahogy a rétegek kifelé nőnek, ezt csak négy irányban teszik, négyzetet alkotva. Hogy ezt hogyan csinálja, az rejtély, ahogy minden más is a tükrök kialakulásával kapcsolatban.
A tükör továbbá nem egy élettelen szerkezet a szemen belül. Ez egy élő dolog. A négyzet alakú kristályok a fésűkagyló szemének sejtjeiben nőnek, kitöltve azokat. A sejtek azok, amik aztán összeállnak, hogy a rétegeket alkossák. “A sejtek nem lehetnek halottak” – mondja Addadi – “különben az egész szétesne”. A sejteknek tehát nemcsak a bennük lévő kristályok növekedését kell irányítaniuk, hanem egymással is kommunikálniuk kell, hogy pontosan így rendeződjenek el. “Hogyan csinálják ezt? Tényleg nem tudom” – teszi hozzá.
Bármi is legyen a trükkjük, egyértelműen eredményes. A fésűkagyló látása nem fog egyhamar a miénkkel vetekedni, de sokkal élesebb, mint azt egy olyan állattól várnánk, amely alapvetően egy díszes kagyló. Speiser ezt egy évtizeddel ezelőtt úgy mutatta be, hogy fésűkagylókat ültetett kis ülésekbe, és filmeket játszott le a sodródó táplálékrészecskékről. Még ha a részecskék csak 1,5 milliméter szélesek is voltak, a fésűkagylók kinyitották a héjukat, készen álltak a táplálkozásra. “Az az elképzelés, hogy ezek az állatok nagyon szép képeket alkotnak a szemükkel, nagyon szilárdnak tűnik számomra” – mondja Speiser.
Addadi csapata azt is észrevette, hogy a fésűkagyló tükre kissé megdől a retinájához képest. Ennek eredményeként a tükör az állat látómezejének közepéről érkező fényt a felső retinára, a perifériáról érkező fényt pedig az alsó retinára fókuszálja. Talán ezért van az élőlénynek két retinája: Ezek lehetővé teszik, hogy egyszerre a környezet különböző részeire fókuszáljon.
“Ez egy igazán lenyűgöző tanulmány” – mondja Jeanne Serb az Iowa Állami Egyetemről, aki szintén tanulmányozta a fésűkagyló szemét. Segít megoldani a kettős retina rejtélyét – amivel a tudósok már régóta próbálkoznak, sikertelenül.”
De Speiser nincs teljesen meggyőződve. Azt mondja, hogy a szemek könnyen deformálódnak, amikor felboncolják őket, és még egy enyhe összenyomás is megváltoztathatja a tükör és a retina tájolását. Még mindig nincs jobb magyarázata, annak ellenére, hogy az elmúlt 12 évben több lehetséges ötletet is kipróbált. “Semmi sem igazolódott, és ez egy olyan jó hipotézis, mint bármelyik” – mondja.
A fésűkagylórajongók következő nagy célja – teszi hozzá -, hogy kiderítsék, miért van a fésűkagylóknak ennyi szeme. Valószínűleg lehetővé teszik számára, hogy széles területet pásztázzon, de vajon az egyes szemekből származó információkat külön-külön veszi figyelembe, vagy az összeset egyetlen képpé kombinálja? Évszázados tanulmányozás után a tudósok végre tudják, hogyan látnak az egyes szemek. De “még mindig fogalmunk sincs arról, hogy mit érzékel az állat egésze” – mondja.