Antike Trilobiten hatten Kristallaugen, und sie sind immer noch ein Rätsel: ScienceAlert

Die Natur hat im Laufe der Äonen einige ziemlich wilde Herangehensweisen an die Probleme des Lebens ausprobiert, und das gilt auch für das Sehen.

Eines der frühesten Beispiele eines komplexen Auges beruhte möglicherweise auf einem eher ungewöhnlichen Material zur Lichtbündelung, das in modernen Organismen nicht zu finden ist. Die Augen gehörten zu einer ausgestorbenen Tiergruppe namens Trilobiten und ihre Augen bestanden aus hartem Kristall, einem Mineral namens Calcit – eine seltsame kleine Eigenart, die uns einen Einblick in die Art und Weise gibt, wie diese frühen Tiere die Welt um sich herum wahrnahmen.

Trilobiten starben vor etwa 250 Millionen Jahren aus, existierten aber schon vorher etwa 300 Millionen Jahre. Es gibt auch zahlreiche Körperpläne von Trilobiten im Fossilienbestand, was darauf hindeutet, dass diese 300 Millionen Jahre sehr erfolgreich waren. Und weil ihre seltsamen Augen aus Stein bestanden, waren sie in den vielen Fossilien, die sie zurückließen, oft wunderschön erhalten.

Daher wissen wir, dass Trilobiten wie Insekten Facettenaugen hatten, die aus Ansammlungen von Photorezeptoreinheiten, sogenannten Ommatidien, bestanden, von denen jede über eigene Photorezeptoren und Linsen verfügte. Untersuchungen gebrochener Abschnitte der versteinerten Linsen offenbaren ein kristallines Material aus Calcit.

Reiner Calcit ist transparent, daher könnte Licht theoretisch durchdringen und fokussiert werden, wo die Photorezeptoren es erkennen könnten. Wie beim Insektensehen gab es wahrscheinlich einen Kompromiss: Trilobiten sahen wahrscheinlich nicht in hoher räumlicher Auflösung, reagierten aber besonders empfindlich auf Bewegungen.

Es gab drei Arten dieser Trilobitenaugen. Die älteste und häufigste Form ist die sogenannte Holochroallinse, bei der kleine Ommatidien von einer einzigen Hornhautmembran bedeckt sind und die benachbarten Linsen in direktem Kontakt miteinander stehen.

Das abathokroale Auge kommt nur in der Familie der Eodiscidae vor; Die kleinen Linsen sind jeweils von einer dünnen Hornhaut bedeckt.

Schließlich kommt das schizochroale Auge nur in der Unterordnung Phacopina vor. Die Linsen sind größer, weit voneinander entfernt und jede hat ihre eigene Hornhaut. Wissenschaftler gehen davon aus, dass sie wahrscheinlich hochspezialisiert waren.

Das holochroale Auge ist den modernen Appositionsaugen einiger Insekten und Krebstiere am ähnlichsten, und Wissenschaftler glauben, dass sie auf ähnliche Weise funktionierten. Jedes Ommatidium funktioniert individuell und das Bild, das das Insekt sieht, ist ein Mosaik aller Bilder zusammen.

Bei Calcit wird es allerdings etwas knifflig. Calcit weist eine der stärksten Doppelbrechungen in der Natur auf. Das bedeutet, dass es zwei Brechungsindizes hat; Licht wird auf seinem Weg durch Calcit zweimal geteilt, wobei sich die beiden Strahlen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit fortbewegen und ein Doppelbild erzeugen.

Bei kleinen Ommatidien, wie sie im holochroalen Auge zu sehen sind, dürfte dies kein Problem darstellen; Die Abweichung der Strahlen ist kleiner als beim Lichtsinnesorgan.

Für die schizochroalen Augen stellt die Doppelbrechung ein größeres Problem dar. Kristall ist nicht flexibel, daher können die größeren Ommatidien ihren Fokus nicht ändern, um den Effekt zu verringern. Stattdessen haben Wissenschaftler herausgefunden, dass schizochroale Augen eine sogenannte Dublettlinsenstruktur aufweisen.

Das bedeutet, dass die Linse aus zwei Schichten mit jeweils unterschiedlichem Brechungsindex besteht, die die Doppelbrechung korrigieren könnten, fast so, als hätten die Trilobiten eine eingebaute Brille. Linsen dieser Art wurden im 17. Jahrhundert getrennt von den Mathematikern Rene Descartes und Christian Huygens erfunden, ohne zu wissen, dass die Trilobiten ihnen zuvorgekommen waren.

Trotz all unseres Verständnisses der verschiedenen Strukturen des Auges des Trilobiten verstehen wir immer noch nicht ganz, wie das schizochroale Auge funktionierte, ob es einem Appositionsauge ähnelte oder etwas anderes tat, wie die unterschiedliche Struktur vermuten lässt.

Eine aktuelle Studie hat gezeigt, dass schizochroale Augen weitaus komplexer sind, als wir dachten, was uns näher bringt. Es wurde festgestellt, dass jede Linse ein eigenes kleines Facettenauge bedeckte und so eine Art „Hyperauge“ bildete.

Es könnte sogar möglich sein, dass wir uns in Bezug auf das Sehvermögen der Trilobiten völlig geirrt haben. Eine Studie aus dem Jahr 2019 stellt in Frage, ob die kalzithaltigen Hornhäute möglicherweise Artefakte des Konservierungsprozesses waren, was darauf hindeutet, dass ihre Kristallaugen weit weniger einzigartig sind, als viele spekulieren.

Wir wissen immer noch nicht, warum diese Art von Augen entstanden ist – wenn überhaupt – oder welche Vorteile sie mit sich brachte, aber jetzt haben Wissenschaftler, die das Sehvermögen von Trilobiten untersuchen, eine neue Sichtweise auf sie.