Ученые уже давно обнаружили необычный материал для фокусировки света в глазах вымерших животных — трилобитов. Их глаза созданы из твердого кристалла — минерала, известного как кальцит.
Трилобиты вымерли около 250 миллионов лет назад, но существовали примерно за 300 миллионов лет до этого. В летописи окаменелостей можно найти множество разновидностей трилобитов. А поскольку их глаза были сделаны из камня, они во многих случаях отлично сохранились.
Вот откуда мы знаем, что у трилобитов были сложные глаза , как у насекомых, состоящие из кластеров фоторецептивных единиц, называемых омматидиями, каждая со своими фоторецепторами и линзами. Исследования сломанных участков окаменелых линз показывают кристаллический материал, состоящий из кальцита.
Чистый кальцит прозрачен, поэтому теоретически свет может проникать в него и фокусироваться там, где его могут обнаружить фоторецепторы. Как и в случае со зрением насекомых, здесь, вероятно, был компромисс : трилобиты, вероятно, не видели с высоким пространственным разрешением, но они были особенно чувствительны к движению.
Было три вида глаз трилобитов. Самым старым и наиболее распространенным является тип, известный как голохроальный , при котором небольшие омматидии были покрыты одной мембраной роговицы, а соседние линзы находились в непосредственном контакте друг с другом.
Абатохроальный глаз встречается только у семейства Eodiscidae ; каждая маленькая линза покрыта тонкой роговицей.
Наконец, шизохроальный глаз встречается только у подотряда Phacopina . Хрусталики крупнее, широко расставлены, и у каждого своя роговица. Они, вероятно, были, как полагают ученые, узкоспециализированными .
Голохроальный глаз больше всего похож на современные аппозиционные глаза , наблюдаемые у некоторых насекомых и ракообразных, и ученые считают, что они работали аналогичным образом . Каждый омматидиум действует индивидуально, и изображение, которое видит насекомое, представляет собой мозаику из всех объединенных изображений .
Однако с кальцитом все немного сложнее. Кальцит обладает одним из самых сильных двулучепреломлений в природе . Это означает, что у него два показателя преломления; при прохождении через кальцит свет разделяется дважды , два луча движутся с разной скоростью, создавая двойное изображение.
Для маленьких омматидиев, видимых голохроальным глазом, это вряд ли будет проблемой ; отклонение в лучах меньше, чем у светочувствительного органа.
Для шизохроичных глаз двойное лучепреломление представляет большую проблему. Кристалл не гибкий, поэтому более крупный омматидий не может изменить фокус, чтобы уменьшить эффект. Вместо этого ученые обнаружили, что шизохроальные глаза имеют то, что известно как структура дуплетной линзы .
Это означает, что у линзы есть два слоя, каждый с разным показателем преломления, которые могут корректировать двойное лучепреломление, почти как у трилобитов были встроенные очки. Линзы этого типа были изобретены по отдельности математиками Рене Декартом и Кристианом Гюйгенсом в 17 веке , не подозревая, что трилобиты превзошли их.
Однако, несмотря на все наше понимание различных структур глаза трилобита, мы все еще не совсем понимаем, как работал шизохроальный глаз, был ли он похож на аппозиционный глаз или делал что-то по-другому, как предполагает другая структура.
Недавнее исследование показало, что шизохроальные глаза гораздо сложнее, чем мы думали, что сближает нас. Было обнаружено, что каждая линза закрывает небольшой собственный сложный глаз, образуя своего рода «гиперглаз».
Возможно, мы даже ошиблись насчет зрения трилобитов. В исследовании 2019 года ставится вопрос о том, могли ли кальцитовые роговицы быть артефактами процесса консервации, подразумевая, что их хрустальные глаза гораздо менее уникальны, чем многие предполагают.
Мы до сих пор не знаем, почему появился этот тип глаза — если он вообще появился — или какие преимущества он дал, но теперь у ученых, изучающих зрение трилобитов, есть новый взгляд на него .