Каменные глаза трилобитов: удивительная загадка доисторических времен

Трилобиты вымерли около 250 миллионов лет назад, но существовали примерно за 300 миллионов лет до этого. В летописи окаменелостей также имеется множество видов трилобитов с самым разным строением тела, что свидетельствует о весьма успешных попытках адаптироваться к меняющимся условиям мира вокруг. А поскольку их странные глаза были сделаны из камня, то они прекрасно сохранились во множестве окаменелостей, оставшихся от этих удивительных созданий.

Именно благодаря им мы знаем, что у трилобитов были сложные глаза, как у насекомых. Они состояли из кластеров фоторецептивных единиц, называемых омматидиями, каждая со своими собственными фоторецепторами и линзами. Исследования сломанных участков окаменелых линз выявили их кристаллическую структуру, состоящую из кальцита.

Чистый кальцит прозрачен, поэтому теоретически свет может проникать в него и фокусироваться на фоторецепторах. Как и в случае со зрением насекомых, здесь, вероятно, был компромисс: зрение трилобитов скорее всего не обладало высоким пространственным разрешением, но они были особенно чувствительны к движению.

Науке известно три вида глаз трилобитов. Самым старым и наиболее распространенным является так называемый голохроальный тип, при котором небольшие омматидии были покрыты одной мембраной роговицы, а соседние линзы находились в непосредственном контакте друг с другом.

Абатохроальный глаз встречается только у семейства Eodiscidae; в этом случаекаждая маленькая линза покрыта тонкой роговицей.

Наконец, шизохроальный глаз встречается только у подотряда Phacopina. Хрусталики крупнее, широко расставлены, и у каждого своя роговица. Они, вероятно, были, как полагают ученые, узкоспециализированными.

Голохроальный глаз больше всего похож на современные аппозиционные глаза, наблюдаемые у некоторых насекомых и ракообразных, и ученые полагают, что они работали аналогичным образом. Каждый омматидиум действует индивидуально, и изображение, которое видит насекомое, представляет собой мозаику из всех объединенных изображений.

Однако с кальцитом все немного сложнее. Кальцит обладает одним из самых сильных двулучепреломлений в природе. Это означает, что у него два показателя преломления; при прохождении через кальцит свет разделяется дважды, два луча движутся с разной скоростью, создавая двойное изображение.

Для маленьких омматидиев, видимых голохроальным глазом, это вряд ли будет проблемой; отклонение в лучах меньше, чем у светочувствительного органа.

Для шизохроичных глаз двойное лучепреломление представляет большую проблему. Кристалл не гибкий, поэтому более крупный омматидий не может изменить фокус, чтобы уменьшить эффект. Вместо этого ученые обнаружили, что шизохроические глаза имеют то, что известно как структура дуплетной линзы.

Это означает, что у линзы есть два слоя, каждый с разным показателем преломления, которые могут корректировать двойное лучепреломление, почти как у трилобитов были встроенные очки. Линзы этого типа были изобретены по отдельности математиками Рене Декартом и Кристианом Гюйгенсом в 17 веке, которые и не подозревали, что трилобиты превзошли их.

Однако, несмотря на все наше понимание различных структур глаза трилобита, все еще до конца неизвестно, как работал шизохроальный глаз, был ли он похож на аппозиционный глаз или позволял взглянуть на мир под совершенно новым углом.

Недавнее исследование показало, что шизохроальные глаза гораздо сложнее, чем мы думали. Было обнаружено, что каждая линза закрывает небольшой собственный сложный глаз, в итоге образуя своего рода единый «гиперглаз».

Возможно, мы даже ошиблись насчет зрения трилобитов. В исследовании 2019 года ставится вопрос о том, могли ли кальцитовые роговицы быть артефактами процесса консервации, подразумевая, что их хрустальные глаза гораздо менее уникальны, чем многие предполагают.

Мы до сих пор не знаем, почему появился этот тип глаза — если он вообще появился — или какие преимущества он дал, но теперь у ученых, изучающих зрение трилобитов, более пристальный взгляд на эту эволюционную загадку.