Om allt går enligt planerna kommer det mycket försenade James Webb-rymdteleskopet äntligen att skjutas upp i omloppsbana under 2019. När det väl är monterat kommer det att använda en uppsättning av 18 sexkantiga speglar för att samla in och fokusera ljuset från avlägsna galaxer. Denna segmenterade spegelkonstruktion utvecklades på 1980-talet och har varit så framgångsrik att den kommer att ingå i nästan alla stora teleskop som kommer att byggas inom den närmaste framtiden.
Men som alltid kom naturen först. I miljontals år har pilgrimsmusslor tittat på världen med hjälp av dussintals ögon, som var och en har en segmenterad spegel som är förbluffande lik de som finns i våra största teleskop. Forskare har just fått en bra titt på en av dem för första gången.
Ja, pilgrimsmusslor – de stekta vita köttbitar som pryder våra middagstallrikar. Dessa puckar är bara de muskler som djuren använder för att stänga sina vackra skal. Titta på en hel, levande pilgrimsmussla och du kommer att se ett helt annat djur. Och det djuret tittar tillbaka på dig med hjälp av dussintals ögon som ligger längs den köttiga manteln på skalets inre kanter. Vissa arter har upp till 200 ögon. Andra har elblå ögon.
Inom ögonen fördjupas det märkliga. När ljuset kommer in i ett mänskligt öga passerar det genom en lins, som fokuserar det på näthinnan – ett lager av ljuskänsliga celler. När ljuset kommer in i ett pilgrimsmusslaöga passerar det genom en linsliknande struktur, som … inte verkar göra någonting. Det passerar sedan genom två näthinnor som ligger i lager på varandra. Slutligen träffar det en böjd spegel på baksidan av ögat, som reflekterar det tillbaka till näthinnorna. Det är denna spegel, och inte linsen, som fokuserar det inkommande ljuset, på ungefär samma sätt som de i segmenterade teleskop gör.
Michael Land från University of Sussex upptäckte mycket av detta på 1960-talet, genom att noggrant iaktta ögonen i ett mikroskop och spåra den väg som ljuset måste ta i dem. Han identifierade spegeln, han visade att den består av skiktade kristaller och han föreslog att kristallerna består av guanin – en av DNA:s byggstenar. ”Det är mycket imponerande hur Land hade rätt om i stort sett allting med hjälp av ganska enkla metoder”, säger Daniel Speiser från University of South Carolina, som också studerar pilgrimsmusslaögon. ”Men ingen har fått en bra titt på en intakt spegel tidigare.”
Mera berättelser
Problemet är att kraftfulla mikroskop tenderar att dehydra prover i processen att analysera dem, och det skulle förstöra placeringen av spegelns kristaller. Nu har Lia Addadi från Weizmann Institute of Science hittat ett sätt att kringgå detta problem. Hennes team, som bland annat består av Benjamin Palmer och Gavin Taylor, använde ett mikroskop som snabbt fryser proverna, så att allt inom dem förblir på rätt plats. De har äntligen rekonstruerat spegelns struktur i strålande detalj, vilket bekräftar många av Lands idéer och konkretiserar andra.
Spegeln består av platta, fyrkantiga guaninkristaller som var och en är en miljondels meter bred. De tessellerar tillsammans till ett schackbrädsliknande rutnät. Mellan 20 och 30 av dessa rutnät staplas sedan på varandra, med en vätskefylld lucka mellan dem. Lagren är ordnade så att rutorna i varje lager ligger direkt under rutorna i det föregående. Kristallerna och luckorna mellan dem är 74 respektive 86 miljarddels meter tjocka, och dessa exakta avstånd innebär att spegeln som helhet är utmärkt på att reflektera blågrönt ljus – den färg som dominerar pilgrimsmusslans undervattenshabitat.
Hela strukturen är en mästarklass i precisionsteknik. ”När det finns en elegant fysisk lösning är den evolutionära processen mycket bra på att hitta den”, säger Alison Sweeney, en fysiker vid University of Pennsylvania som studerar djurens syn.
Denna precision är desto mer anmärkningsvärd eftersom guaninkristaller inte naturligt bildar tunna kvadrater. Om man odlar dem i laboratoriet får man ett tjockt prisma. Det är uppenbart att pilgrimsmusslan aktivt kontrollerar tillväxten av dessa kristaller och formar dem när de bildas. Guaninkristaller växer i lager, och Addadi tror att pilgrimsmusslan på något sätt ändrar orienteringen av varje lager med 90 grader i förhållande till lagren ovanför och nedanför. När lagren växer utåt gör de det i endast fyra riktningar, vilket skapar en kvadrat. Hur den gör det är ett mysterium, liksom allt annat om hur speglarna formas.
Den är inte heller en livlös struktur i ögat. Den är en levande sak. De fyrkantiga kristallerna växer inuti cellerna i pilgrimsmusslans öga och fyller dem. Det är cellerna som sedan tessellerar ihop för att bilda lagren. ”Cellerna kan inte vara döda”, säger Addadi, ”annars skulle allting gå sönder”. Så cellerna måste inte bara kontrollera tillväxten av kristallerna inuti dem, utan de måste också kommunicera med varandra för att ordna sig på rätt sätt. ”Hur gör de det? Jag vet verkligen inte”, tillägger hon.
Vilket trick de än använder så ger det uppenbarligen resultat. Kammusslans syn kommer inte att konkurrera med vår inom kort, men den är mycket vassare än vad man kan förvänta sig för ett djur som i princip är en finare mussla. Speiser demonstrerade detta för tio år sedan genom att sätta pilgrimsmusslor i små säten och spela upp filmer av drivande matpartiklar. Även när partiklarna bara var 1,5 millimeter breda öppnade pilgrimsmusslorna sina skal, redo att äta. ”Tanken att dessa djur bildar riktigt fina bilder med sina ögon känns väldigt solid för mig”, säger Speiser.
Addadis team noterade också att pilgrimsmusslans spegel är något lutande i förhållande till dess näthinna. Som ett resultat av detta fokuserar spegeln ljus från mitten av djurets synfält på den övre näthinnan och ljus från periferin på den nedre näthinnan. Kanske är det därför som djuret har två näthinnor: De gör att den kan fokusera på olika delar av sin omgivning samtidigt.
”Det är en riktigt fantastisk studie”, säger Jeanne Serb från Iowa State University, som också har studerat pilgrimsmusslans ögon. Den bidrar till att lösa mysteriet med de dubbla näthinnorna – något som forskare länge har försökt ta itu med, utan framgång.
Men Speiser är inte helt övertygad. Han säger att ögonen lätt deformeras när de dissekeras, och att även en försiktig knuffning skulle kunna ändra spegelns och näthinnornas orientering. Ändå har han ingen bättre förklaring, trots att han testat flera möjliga idéer under de senaste 12 åren. ”Ingenting har varit giltigt, och detta är en lika bra hypotes som någon annan”, säger han.
Nästa stora mål för pilgrimsmusslor är att ta reda på varför pilgrimsmusslor har så många ögon, tillägger han. De gör det förmodligen möjligt för den att skanna ett stort område, men tar den hänsyn till informationen från varje öga separat, eller kombinerar den dem alla till en enda bild? Efter århundraden av studier vet forskarna äntligen hur varje enskilt öga ser. Men ”vi har fortfarande ingen aning om vad djuret som helhet uppfattar”, säger han.