Ilyennek láthatták a világot az első komoly szemek ősi tulajdonosai

Az Ausztrália déli részén talált kora-kambriumi, 515 millió éves ízeltlábúak már olyan fejlett összetett szemekkel rendelkeztek, mint a ma élő utódaik. A leletek megerősítik azokat az elképzeléseket, hogy a látás gyors fejlődése volt a kambriumi evolúciós robbanás egyik hajtómotorja.

Annak ellenére, hogy a látás rendkívül bonyolult és szinte tökéletes szervet kíván, az evolúciós elméletek szerint a komplex szemek nagyon rövid idő alatt alakultak ki. Az eddig rendelkezésre álló ősmaradvány-anyag azonban nem volt megfelelő ahhoz, hogy bepillantást nyerjünk a szem és a látás korai történetébe a kambriumi robbanásnak nevezett esemény során, amelyhez sok állatcsoport megjelenése és kezdeti elterjedése kapcsolódik. Ez azért meglepő, mert a kambriumi korú, Burgess-pala-típusú üledékek bővelkednek a kiváló megtartású ízeltlábú ősmaradványokban, melyek szemekkel is rendelkeztek. Azonban az ásványi anyagokkal átitatott trilobita (háromkaréjos ősrák) szemek kivételével szinte alig tudunk valamit a korai ízeltlábúak látásáról és a szemeik felépítésének a részleteiről.

Ausztrál, spanyol és angol kutatók most kivételesen jó megtartású fosszíliákról számoltak be a Nature legújabb számában. Az ősmaradványokat Dél-Ausztráliában fedezték fel a Kenguru-szigeten kibukkanó kora-kambriumi (515 millió éves) Emu Bay palában. A szemmaradványokat egymástól elszigetelten találták, de a nagyjából azonos alaktani jellemzőik és méretük arra utal, hogy ugyanahhoz a nagyméretű fajhoz tartozhattak. A finoman rétegzett szürke agyagpalában a szerves anyag foszfátosodása gyakori jelenség, ami elősegítette a kiváló megőrződést. A szemek felszínének gyűredezése, illetve helyenként tapasztalható felszakadása egyértelműen jelzi, hogy a trilobitákkal ellentétben ezeket a szemeket ásványi anyagok nem itatták át, és így nem szilárdították.

Kora-kambriumi szem ugyanabban a feltételezett orientációban, mint ami egy ma élő távoli rokon ízeltlábúnál látható (jobbra). Forrás: Nature

Az új ausztráliai maradványok arra utalnak, hogy a legkorábbi ízeltlábúak némelyikének már valóban nagyon fejlett, összetett szeme volt, legalább 3000 nagyméretű lencsével és specializált, éles látózónával. A legnagyobb (150 mikrométeres) lencsék voltak a szem közepén, míg a 60-80 mikrométeres kisebbek a peremeken helyezkedtek el (egy mikrométer a milliméter ezredrésze). A lencsék sűrű és szabályos hexagonális rendben sorakoznak egymás mellett. A hatszomszédos rendszer biztosítja a lencsék lehető legsűrűbb elrendezését.

Összehasonlításképpen, a szintén kora-kambriumi trilobitáknak (pl. Shizhudiscus, Neocobboldia) 100-nál kevesebb, és 50 mikrométernél kisebb lencséje volt, amelyek kevésbé szabályos és kevésbé hatékony négyzethálós elrendezést mutattak. A vizsgált példányoknál látható rendkívül szabályos lencseelrendezés még a mai fajoknál sem mindig valósul meg. A ma élő tőrfarkú ráknál (Limulus) például a lencséknek körülbelül egyharmada eltérhet a hexagonális mintázattól. Az ehhez hasonló összetett és nagy lencsékből álló szemek eddig csak a 40 millió évvel fiatalabb (ordovíciumi) kőzetekből voltak ismertek.

A Dél-Ausztráliában talált egyik ízeltlábú szemmaradvány (felül), illetve annak háromdimenziós rekonstrukciója (alul)

A lencsék szimmetrikus elrendezése binokuláris látást és széles perifériás mezőt biztosított viselője számára. Az előreirányuló éleslátás és a kisebb felbontású perifériás látás a ragadozókra jellemző, amelyeknek kiváló frontális látásra van szükségük a préda felismerésére és a távolságának a megállapítására. Ezeknek a következtetéseknek a megerősítéséhez azonban teljes példányokat kellene majd felfedezni az ausztráliai vagy más hasonló korú lelőhelyen. Az Emu Bay palában ugyanis az eddig felfedezett nagyméretű ősmaradványoknak (pl. trilobiták, Anomalocaris) kivétel nélkül jelentősen eltérő felépítésű szeme van. Így a most felfedezett szemmaradványok egészen biztosan egy eddig még nem ismert állathoz tartoztak, amely feltehetően vedlés közben hullajtotta el a megtalált szaruhártyákat.

A most vizsgált ízeltlábú szemek komplexebbek, mint a vele egykorú (és eddig legfejlettebbnek tartott) trilobita szemek, és bonyolultságuk eléri sok ma élő ízeltlábú szemének a fejlettségét. Ezek a leletek megerősítik, hogy a kambriumi robbanás a nagy morfológiai változások mellett gyors innovációkkal jelentkezett a finomabb anatómiai részleteknél is. Ez alátámasztja azokat az elképzeléseket, hogy a fejlett látás gyors kifejlődése az egyik hajtómotorja lehetett ennek a nagyon jelentős evolúciós eseménynek.

A szemek fejlődése lehetővé tette, hogy az állatok részletekben egyre gazdagabb képeket lássanak környezetükről. Középen a most felfedezett szem becsült teljesítménye (kb. 3000 pixeles kép), ami óriási előrelépés volt a korábbi szemekhez képest (háromkaréjú ősrákok kb. 100 pixeles szemei), de még nem érte el például a mai szitakötők szemének képességeit (kb. 28 000 pixel)