Раскрывая тайну зрительных систем хитонов
Хитоны — морские моллюски, часто незаметные на фоне скал. Однако некоторые виды имеют глаза, встроенные прямо в их сегментированную раковину-броню.
Команда учёных под руководством Ребекки Варни из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре обнаружила, что у этих моллюсков эволюционировали самые «молодые» глаза с линзой. Более того, два типа глаз в этой группе возникли независимо в четырёх отдельных эволюционных событиях. Результаты опубликованы в журнале Science.
Два типа глаз в броне
В отличие от других моллюсков (кальмаров, улиток), сенсорные органы хитонов встроены в раковину. Основу для глаз, вероятно, составили эстеты — мелкие сенсорные структуры в наружном слое раковины всех хитонов.
У некоторых видов на основе эстетов развились два типа зрительных систем:
- Глаза раковины (shell eyes): относительно крупные, с линзой из минерала арагонита, фокусирующей свет на светочувствительный слой (аналогично глазу человека).
- Глазные пятна (eyespots): более мелкие и многочисленные, функционирующие как отдельные «пиксели» или фасеточный глаз насекомого.
Четыре независимых происхождения
Построив филогенетическое древо хитонов с использованием ДНК, учёные с удивлением обнаружили, что два типа глаз эволюционировали не дважды, а четыре раза независимо: дважды возникали сложные глаза раковины и дважды — глазные пятна. Группы, пришедшие к сходным структурам, не были ближайшими родственниками.
Ключевой фактор: количество щелей
Исследователи выявили закономерность: тип развившихся глаз коррелирует с количеством щелей (slits) на краю сегментов раковины.
- Хитоны с глазными пятнами имеют много щелей (до 20 и более в головном отделе).
- Хитоны с глазами раковины имеют около 8 щелей.
Эти щели служат каналами для прохождения нервов из раковины в тело. Видам с меньшим числом щелей оказалось «выгоднее» развивать немногочисленные, но более сложные глаза. Видам с большим числом щелей — развивать множество более простых глазных пятен. Таким образом, ранее существовавшая, казалось бы, несвязанная черта (число щелей) предопределила путь эволюции зрительной системы.
Временная шкала эволюции
Калибровка по ископаемым показала, когда хитоны отделились от других моллюсков (~450 млн лет назад) и когда развились их глаза:
- Глаза раковины в подсемействах Toniciinae и Acanthopleurinae — самые недавние глаза с линзой, возникли в меловой период (150–100 млн лет назад).
- Глаза раковины у вида Schizochiton incisus — возникли в юрский период (250–200 млн лет назад).
- Глазные пятна эволюционировали в триасовый (260–200 млн лет назад) и палеогеновый (75–25 млн лет назад) периоды.
Что видят хитоны?
Исследования (в том числе предыдущая работа соавтора Дэниела Спайзера) показали, что хитоны, например, Acanthopleura granulata, способны различать объекты. Их глаза раковины передают информацию в кольцевидную нервную структуру, опоясывающую тело. Хитоны могут определять местоположение объекта с разрешением около 6 градусов и реагировать на угрозу (плотно прижимаются к скале).
«Изучая эволюцию в целом, необходимо по возможности изучать эти системы как целое», — заключает Ребекка Варни. Работа показывает, как случайные изменения в одной черте (количество щелей) могут неожиданно направить эволюцию другой, казалось бы, несвязанной системы (тип глаз).