În 2019, dacă totul decurge conform planului, mult întârziatul telescop spațial James Webb va fi în sfârșit lansat pe orbită. Odată asamblat, acesta va folosi o matrice de 18 oglinzi hexagonale pentru a colecta și focaliza lumina de la galaxiile îndepărtate. Acest design cu oglinzi segmentate a fost dezvoltat în anii 1980 și a avut un succes atât de mare încât va fi prezent în aproape toate telescoapele mari care vor fi construite în viitorul apropiat.
Dar, ca întotdeauna, natura a ajuns prima. Timp de milioane de ani, scoicile au privit lumea cu ajutorul a zeci de ochi, fiecare dintre ei având o oglindă segmentată care este uimitor de asemănătoare cu cele din cele mai mari telescoape ale noastre. Iar oamenii de știință tocmai au reușit să se uite bine la unul dintre ei pentru prima dată.
Da, acele scoici – bucățile de carne albă prăjite la tigaie care ne onorează farfuriile la cină. Acele bucățele sunt doar mușchii pe care animalele îi folosesc pentru a-și închide frumoasele cochilii. Uitați-vă la o scoică plină, vie, și veți vedea un animal foarte diferit. Și acel animal se va uita înapoi la tine, folosind zeci de ochi care se află pe mantaua cărnoasă de pe marginile interioare ale cochiliei. Unele specii au până la 200 de ochi. Altele îi au de un albastru electric.
În interiorul ochilor, ciudățenia se adâncește. Când lumina intră într-un ochi uman, ea trece printr-o lentilă, care o focalizează pe retină – un strat de celule sensibile la lumină. Când lumina intră într-un ochi de viezure, ea trece printr-o structură asemănătoare unei lentile, care… nu pare să facă nimic. Apoi trece prin două retină, suprapuse una peste cealaltă. În cele din urmă, atinge o oglindă curbată din spatele ochiului, care o reflectă înapoi pe retină. Această oglindă, și nu lentila, este cea care focalizează lumina care intră, în același mod în care o fac cele din telescoapele segmentate.
Michael Land de la Universitatea din Sussex a descoperit o mare parte din aceste lucruri în anii 1960, prin observarea atentă a ochilor la microscop și prin trasarea traseului pe care lumina trebuie să îl parcurgă în interiorul lor. El a identificat oglinda, a arătat că aceasta este formată din cristale stratificate și a sugerat că cristalele sunt alcătuite din guanină – unul dintre elementele constitutive ale ADN-ului. „Este foarte impresionant modul în care Land a avut dreptate în legătură cu aproape totul, pornind de la niște abordări destul de simple”, spune Daniel Speiser de la Universitatea din Carolina de Sud, care studiază, de asemenea, ochii de viezure. „Dar nimeni nu a mai reușit să se uite bine la o oglindă intactă până acum.”
Mai multe povești
Problema este că microscoapele puternice tind să deshidrateze probele în procesul de analiză a acestora, iar acest lucru ar strica amplasarea cristalelor oglinzii. Acum, Lia Addadi de la Institutul de Știință Weizmann a găsit o modalitate de a ocoli această problemă. Echipa sa, din care fac parte Benjamin Palmer și Gavin Taylor, a folosit un microscop care îngheață rapid probele, astfel încât tot ce se află înăuntru să rămână la locul potrivit. Ei au reconstruit în cele din urmă structura oglinzii în detalii glorioase, confirmând multe dintre ideile lui Land și dezvoltându-le pe altele.
Oglinda este formată din cristale plate și pătrate de guanină, fiecare cu lățimea de o milionime de metru. Ele se împletesc între ele într-o rețea asemănătoare unei table de șah. Între 20 și 30 dintre aceste grile se suprapun apoi unele peste altele, cu un spațiu plin de lichid între ele. Iar straturile sunt aranjate astfel încât pătratele din fiecare să se afle direct sub pătratele din cel de deasupra. Cristalele și spațiile dintre ele au o grosime de 74 și, respectiv, 86 de miliardimi de metru, iar aceste distanțe exacte înseamnă că oglinda, în ansamblul ei, reflectă foarte bine lumina verde-albastră – culoarea care domină habitatul subacvatic al viezurei.
Întreaga structură este o clasă de maestru în inginerie de precizie. „Atunci când există o soluție fizică elegantă, procesul evolutiv este foarte bun în a o găsi”, spune Alison Sweeney, un fizician de la Universitatea din Pennsylvania care studiază vederea animalelor.
Această precizie este cu atât mai remarcabilă cu cât cristalele de guanină nu se formează în mod natural în pătrate subțiri. Dacă le creșteți în laborator, obțineți o prismă grosieră. În mod clar, viezurele controlează în mod activ creșterea acestor cristale, modelându-le pe măsură ce se formează. Cristalele de guanină cresc în straturi, iar Addadi crede că viezurele schimbă cumva orientarea fiecărui strat cu 90 de grade în raport cu cele de deasupra și de dedesubt. Pe măsură ce straturile cresc spre exterior, ele o fac în doar patru direcții, creând un pătrat. Cum face acest lucru este un mister, la fel ca orice altceva despre modul în care se formează oglinzile.
De asemenea, oglinda nu este o structură inanimată în interiorul ochiului. Este un lucru viu. Cristalele pătrate cresc în interiorul celulelor din ochiul viezurei, umplându-le. Celulele sunt cele care apoi se tesselează împreună pentru a forma straturile. „Celulele nu pot fi moarte”, spune Addadi, „altfel întregul lucru s-ar destrăma”. Așadar, nu numai că celulele trebuie să controleze creșterea cristalelor din interiorul lor, dar trebuie, de asemenea, să comunice între ele pentru a se aranja exact așa cum trebuie. „Cum reușesc să facă asta? Chiar nu știu”, adaugă ea.
Cu orice truc al lor, este clar că produce rezultate. Vederea scoicilor nu va rivaliza cu a noastră prea curând, dar este mult mai ascuțită decât v-ați aștepta pentru un animal care este practic o scoică de lux. Speiser a demonstrat acest lucru în urmă cu un deceniu, punând scoicile în scaune mici și rulând filme cu particule de hrană în derivă. Chiar și atunci când particulele aveau o lățime de doar 1,5 milimetri, scoicile își deschideau cochiliile, gata să se hrănească. „Ideea că aceste animale formează imagini foarte frumoase cu ochii lor mi se pare foarte solidă”, spune Speiser.
Echipa lui Addadi a observat, de asemenea, că oglinda viezurei este ușor înclinată în raport cu retina. Ca urmare, oglinda focalizează lumina din centrul câmpului vizual al animalului pe retina superioară, iar lumina de la periferie pe cea inferioară. Poate că acesta este motivul pentru care creatura are două retină: Acestea îi permit să se concentreze pe diferite părți ale mediului înconjurător în același timp.
„Este un studiu cu adevărat uimitor”, spune Jeanne Serb de la Universitatea de Stat din Iowa, care a studiat, de asemenea, ochii de viezure. Ajută la rezolvarea misterului retinei duble – ceva ce oamenii de știință au încercat mult timp să abordeze, fără succes.
Dar Speiser nu este complet convins. El spune că ochii se deformează ușor atunci când sunt disecați și chiar și o ușoară strivire ar putea schimba orientarea oglinzii și a retinei. Totuși, el nu are o explicație mai bună, în ciuda testării mai multor idei posibile în ultimii 12 ani. „Nimic nu s-a verificat, iar aceasta este o ipoteză la fel de bună ca oricare alta”, spune el.
Următorul mare obiectiv pentru pasionații de scoici, adaugă el, este să afle de ce scoicile au atât de mulți ochi. Aceștia îi permit, probabil, să scaneze o zonă largă, dar ia în considerare informațiile de la fiecare ochi în parte sau le combină pe toate într-o singură imagine? După secole de studiu, oamenii de știință știu, în sfârșit, cum vede fiecare ochi în parte. Dar „încă nu avem nicio idee despre ceea ce percepe animalul ca întreg”, spune el.