Морские гребешки обладают глазами-"телескопами"

Обычные морские гребешки оказались обладателями одних из самых сложных и "продвинутых" глаз на Земле – они похожи по принципам своего устройства на "Хаббл" и другие современные оптические телескопы. 

Лягушка в пруду в Никитском ботаническом саду в поселке Никита неподалеку от города Ялта в Крыму

"Загадка того, как работают глаза морских гребешков, заставляла ученых ломать головы как минимум два столетия, и только в 1960 годах физики поняли, что изображение в них формируется благодаря тому, что внутренняя поверхность глаза представляет собой вогнутое зеркало, отражающее свет на сетчатку, расположенное над ним. Как работает это зеркало и из чего оно состоит, оставалось тайной для нас", — рассказывает Бенджамин Палмер (Benjamin Palmer) из Института науки Вейцмана в Реховоте (Израиль).

Глаза людей и многих других млекопитающих содержат в себе два типа светочувствительных клеток – колбочки и палочки. Колбочки позволяют нам различать цвета, но при этом они работают только при достаточно высокой освещенности, а палочки – позволяют видеть силуэты предметов при тусклом свете звезд или Луны.

Как показывают эксперименты последних лет, число различных типов колбочек и их функции заметно отличаются у разных групп и даже родов животных – к примеру, человек обладает тремя видами колбочек, а некоторые виды птиц и рептилий – четырьмя типами, один из которых позволяет им видеть ультрафиолетовое излучение. Другие животные, к примеру, раки-богомолы, обладают еще более экзотической системой зрения, содержащей в себе 12 разных фоторецепторов, каждый из которых различает определенный цвет.

Гребешок Святого Якова

Палмер и его коллеги открыли еще более сложное оптическое "изобретение" природы, пытаясь понять, как устроены глаза одного из самых удивительных моллюсков, гребешков Святого Якова (Pecten maximus), мякоть которых можно купить в любом крупном супермаркете. 

В отличие от других двустворчатых моллюсков, это беспозвоночное существо обладает набором из двух сотен вполне полноценных глаз, которые он использует для того, чтобы ориентироваться в пространстве и свободно плавать по толще океанов и морей. Каждый глаз гребешка содержит в себе две сетчатки из примерно 500 тысяч клеток, содержащих в себе два разных типа фоторецепторов, принципы работы и само предназначение которых оставались загадкой для ученых.

Израильские и шведские физики раскрыли принципы их работы, заморозив несколько таких глаз в жидком азоте, разрезав их на тонкие слои и просветив их при помощи сканирующего электронного микроскопа. Это позволило ученым получить трехмерную компьютерную модель глаза и понять, как свет взаимодействует с каждым его компонентом.

К большому удивлению ученых, принципы работы этого глаза больше всего им напомнили не органы зрения других животных, а самые современные оптические телескопы, такие как "Хаббл", VLT или "Кек". Ключевой частью этих телескопов является не линза – она в них отсутствует в принципе, а два зеркала необычной формы, которые фокусируют свет в одной точке.

Аналогичные зеркала присутствуют в глазах гребешков Святого Якова – одно из них расположено под их "задней" сетчаткой, а второе – находится под второй сетчаткой, расположенной рядом со зрачком, присутствие которой в глазе моллюска ученые раньше не могли объяснить.

Что интересно, совпадает не только расположение зеркал телескопов и их "живых" аналогов, но и их "конструкция" – отражающая поверхность в глазах моллюсков состоит из множества небольших "плиток" из особых биокристаллов, положением которых животное может гибко управлять. Схожим образом устроены составные зеркала телескопа Кека и главное зеркало строящейся космической обсерватории "Джеймс Уэбб", которая заменит "Хаббл" в конце 2018 года.

Благодаря подобным технологическим "инновациям", гребешки, как отмечают ученые, обладают достаточно зоркими и "быстрыми" глазами с очень широким полем зрения, около 250 градусов, не используя при этом хрусталика или других "дорогостоящих" структур, на поддержание работы которых нужно много энергии.

Как предполагают физики, глаза-"телескопы" гребешков могут найти свое применение не только при создании новых астрономических приборов, но и в других областях науки и техники, где нужны компактные оптические приборы, способные фокусировать свет при очень широких углах обзора.