Aivot katsovat ympäristöä silmien läpi
Silmät erottavat miljoonia eri värisävyjä. Tämä on mahdollista silmissämme olevien Müllerin solujen johdosta. Ne toimivat ikään kuin luonnollisina valokaapeleina, jotka johtavat valon aistinsoluille. Müllerin solut on asennettu silmiin tulevan valon ja aistinsolujen eli sauvojen ja tappien eteen.
Aistinsolut on asennettu ikään kuin nurinperin, jotta näkisimme värit terävinä. Muitakin syitä on. Silmiin tuleva tieto käsitellään osittain jo silmänpohjissa, missä joka sekunti silmiin tuleva miljardin valoa tuovan fotonin ryöppy jaetaan pariin kymmeneen soluista rakentuvaan tiedonkäsittelykanavaan.
Kyseessä on selvästi hyvin erilainen tapa käsitellä sähköistä tietoa kuin vaikkapa välikorvan simpukasta aivokuorelle tulevaa sähköistä tietoa, joka tulkitaan aivoissa ääneksi. Silmät ovat enemmän kuin tv-kuvaa tekevä videokamera. Aivomme katsovat ympäristöä silmien läpi ja ne asettavat meidät ikään kuin keskelle näyttämöä. Eläimillä on 50 erityyppistä silmää.
Trilobiitti fossiileilla luomakunnan ihmeellisimmät silmät
Fossiiliaineistosta trilobiiteillä tunnetaan kolme erilaista silmätyyppiä
Ensimmäinen on holokroaalinen eli silmässä on suuri määrä (yli 10 000) pieniä yhteen hitsautuneita linssejä (kaksoislinssejä). Terävä näkö oli erittäin tarkka ja vähäisenkin liikkeen havaitseminen helppoa. Näkökyky oli vedessä ja maalla yhtä hyvä. Millään nykyisellä eläinlajilla ei ole tähän verrattavaa näkökyvyn tarkkuutta.
Toinen silmätyyppi on skitsokroaalinen. Siinä suuria erillisiä linssejä on pienehkö määrä (muutamia satoja). Tätä silmätyyppiä esiintyi vain lahkossa Phacopida.
Kolmas silmätyyppi on abathokroaalinen. Siinä on pieniä kalsiittilinssejä muutama kymmenen kappaletta per silmä. Tätä tyyppiä esiintyi vain alalahkossa Eodiscina. Tämän lisäksi jotkin trilobiitit olivat sokeita.
Ensimmäinen on holokroaalinen eli silmässä on suuri määrä (yli 10 000) pieniä yhteen hitsautuneita linssejä (kaksoislinssejä). Terävä näkö oli erittäin tarkka ja vähäisenkin liikkeen havaitseminen helppoa. Näkökyky oli vedessä ja maalla yhtä hyvä. Millään nykyisellä eläinlajilla ei ole tähän verrattavaa näkökyvyn tarkkuutta.
Näiden ihmesilmien rakenteelliset ratkaisut tarjosivat lisävalaistusta pallopoikkeaman ongelmaan, joka oli pitkään vaivannut linssien hiojia. Pallopoikkeama on yksikerroksiseen linssiin liittyvä ongelma. Yksikerroksisessa linssissä valo taittuu kaarevien reunapintojen läpi kulkiessaan eri lailla kuin linssin keskiosan kautta kulkeva valo. Tästa aiheutuu reunakuvan epätarkkuutta ja valon spektrin hajoamista. Linsseissä pallopoikkeamaa torjutaan käyttämällä paraabeliksi hiottua niin sanottua asfääristä linssiä tai lisäämällä objektiiviin toinen linssi.
Trilobiittien linsseissä pallopoikkeaman ongelma oli jo ratkaistu näillä kahdella eri tavalla, jotka René Descartes ja Christian Huygens myöhemmin ratkaisivat. Crozonaspis-trilobiitilla on Descartesin linssi, ja Dalmanitinalla on Huygensin linssi. Trilobiitit näkivät silmillään tarkasti näistä nerokkaista optisista ratkaisuista johtuen. Trilobiittien silmien linssien lukumäärä vaihteli muutamista kymmenistä useisiin tuhansiin.
Tällaiset silmät on erityisesti suunniteltu havaitsemaan liikettä. Kun kukin linssi katsoo hieman eri suuntaan, aivot pystyvät nopeasti havaitsemaan saaliin tai uhkaajan liikkumisen näkökentästä toiseen. Tämän vuoksi samantyyppisillä silmillâ varustetun kärpäsen nappaaminen on niin haasteellista.
Miksi hyönteisten ja useimpien trilobiittienkaan silmien linssit eivät korjaa pallopoikkeamaa?
Ne trilobiitit, joilla linssejä on vähemmän, korjaavat pallopoikkeaman. Toisaalta ne trilobiitit, joilla linssejä on tuhansittain, eivät tarvitse korjausta, sillä kuvan terävöittää suurempi kuvapisteiden määrä samaan tapaan kuin full HD-televisiossa. Trilobiittien silmät tarjosivat paremman näkymän myös merenpohjan hämärässä, sillä niiden silmät keräävät valoa koko näkökentästä eikä vain sen keskeltä. Ja koska jokainen linssi oli suurempi, se keräsi enemmän valoa samalla periaatteella kuin suurisilmäisen pöllön tai muiden yöeläinten silmät.
Trilobiitit myös näkivät maailman kolmiulotteisena tavalla, mihin muunlaiset silmät eivät kykene. Ihminen näkee kolmiulotteisen maailman, koska silmiemme näkökentissä on päällekkäisyyttä. Jos menetämme toisen silmistämme, etäisyyden arviointi vaikeutuu. Trilobiitti kuitenkin näki kolmiulotteisen maailman yhdellä silmälläkin. Tämä oli mahdollista siksi, että linssit olivat hieman erillään toisistaan ja pullistuivat ulospäin. Näin niiden näkökentät menivät päällekkäin. Tämä päällekkäisyys toteutuu juuri niillä näkökenttien alueilla, missä trilobiittien erityinen pallopoikkeaman poistava linssi tuottaa terävän kuvan. Luoja on epäilemättä suunnitellut tämän kolmiulotteisen näkymän antavan silmän. Luonnonvalinnalle kyseessä on ylittämätön kuilu.
Tämä hämmästyttävä kolmiulotteisuus on joillakin trilobiiteilla vieläkin nerokkaampi. Niiden silmät pullistuvat siinä määrin, että näkökenttien päällekkäisyys lisääntyy ja kolmiulotteinen näkymä paranee samaan tapaan kuin ihmissilmissä. Tällainen kaksinkertainen 3D-näkökyky antoi trilobiiteille äärimmäisen hyvän saalistuskyvyn ja mahdollisuuden välttää saalistajia.
Eräillä trilobiiteilla oli varsien päähän kiedotut silmät, jotka mahdollistivat 360 asteen näkökentän ja lisäksi näkyvyyden sekä ylös- että alaspäin. Millään muulla eliöllä ei ole näin nerokkaita optisia järjestelmiä. Tämän selittäminen on haasteellista uusdarvinisteille, jotka mielellään kertovat vakiotarinansa silmän evoluutiosta. Se ei kuitenkaan selitä eläinkunnan näköaistinelinten alkuperää, sillä erilaisten silmien olisi pitänyt kulkea omia kehityspolkujaan ainakin 40-60 eri kertaa! Lisäksi trilobiitit ovat neodarvinismin mukaan ensimmäisten monisoluisten eläinten joukossa.
Jättiraakkuäyriäisen peilisilmät
Jättiraakkuäyriäisen peilisilmät Gigantocypris-jättittiraakku äyriäinen on kooltaan vajaan kolmen senttimetrin kokoinen. Se elää noin kilometrin syvyydessä valtameressä, missä ei ole päivänvaloa. Sen herkkä mutta epätarkka näkökyky perustuu muutaman millimetrin halkaisijaltaan oleviin peileihin. Silmät ovat todella hämmästyttävät. Koska päivänvaloa ei ole, valoa säteilevien saaliseläinten valo kerätään suurten peilien avulla!
Useimmat eläimet taittavat ja tarkentavat silmiin tulevan valon linsseillä, mutta jotkut harvat peileillä Gigantocypriksen tavoin. Sillä on valolle herkkien solujen alla pari suuria parabolisia peilejä. Alistair Hardy kuvasi näitä silmiä seuraavaan tapaan: silmäparin takana on suuret metallimaiset heijastimet, jotka muistuttavat suuren auton ajovaloja. Ne ikään kuin kurkistelevat lasi-ikkunoista ja nämä konkaavit peilit epäilemättä korvaavat edessä olevan linssin virkaa.
Mike Land selvitti näiden ihmeellisten silmien optiset ominaisuudet. Gigantocypris ei tarkenna silmiin tulevaa valoa yhteen pisteeseen, vaan pitkulaiseen verkkokalvoon viivamaisesti. Se kerää näin saaliseläinten bioluminesenssin tuottamaa valoa. Bioluminesenssi syntyy kemiallisessa reaktiossa, jossa lusiferiini-pigmentti hapettuu lusife- aasientsyymin katalysoimassa reaktiossa.
Hyppyhämähäkin neljä silmää
Hyppyhämähäkin saalistustapa on heimon nimen mukainen. Ne eivät kudo verkkoa vaan havaitessaan saaliin hämähäkki lähestyy sitä hiipien, kunnes hyppää saaliin kimppuun ja lamauttaa sen puremallaan välittömästi. Hyppyhämähäkit käyttävät kuitenkin seittiä turvaköytenä, jonka varaan hämähäkki jää roikkumaan esimerkiksi hyökätessään pystysuoralla seinällä olevan saaliin kimppuun.
Hyppymekanismi ei perustu hyppivien hyönteisten tapaan lihasvoimaan, vaan se on hydraulinen.
Hämähäkki ojentaa raajansa salamannopeasti muuttamalla ruumiinnesteensä painetta. Se kykenee tyypillisesti hyppäämään 20-60 kertaa oman pituutensa. Hyppyhämähäkillä on neljä silmäparia. Etummaisten neljän suuren silmän näöntarkkuus on erittäin hyvä. Ne ovat ikään kuin kaukoputkia, joilla on yksi linssi sarveiskalvolla ja syvemmällä toinen linssi, joka taittaa valon nelikerroksiselle verkkokalvolle. Aistinsoluja voi olla neljää eri tyyppiä ja niillä on erilainen absorptiospektri. Tämä mahdollistaa tetrakromaattisen värinäön aina UVB-säteilyyn asti.
Silmät ovat niin lähellä toisiaan, että etäisyys saaliiseen mitataan defokusoimalla.
Tämä tapahtuu siten, että verkkokalvon kaksi ylintä kerrosta aistivat ultraviolettia ja alimmat vihreää. Vain vihreä valo tarkennetaan alemmille verkkokalvoille ja muut aallonpituudet muodostavat epätarkan kuvan. Saaliin etäisyys saadaan mittaamalla epätarkkuuden aste!
On arvioitu, että hyppyhämähäkeillä on kaikista niveljalkaisista paras näköaisti ja ne kykenevät näkemään myös valon polarisaation. Näköaistin käsittely viekin suuren osan näiden eläinten aivokapasiteetista. Pään etuosan suurilla pistesilmillä on siis tarkka mutta kapea näkökenttä, jota pienemmät silmät kuitenkin levittävät.
Hyppyhämähäkit kykenevät suuntaamaan katseensa eri suuntiin liikuttamalla silmän takaosan verkkokalvoa. Näin ne saavat laajemman näkökentän kuin silmän rakenne muutoin sallisi. Miten hyppyhämähäkin silmien evoluutio mahtoi tapahtua? Erilaisia silmiä on eläinkunnassa paljon. Niiden olisi pitänyt kehittyä omia polkujaan, toisistaan riippumatta, ainakin 40 eri kertaa.
Aiheeseen liittyvää
Hätkähdyttävä DNA-kieli
Vallitseeko elimistössämme sekamelska?
Hämmästyttävät trilobiittifossiilit
Universumi
Hyppyhämähäkki
Trolibiitit (Wikipedia)