Daniel Speiser über Chitons mit Steinaugen

Die Schalen einer kleinen Meeresmolluske – des westindischen Fuzzy-Chitons – enthalten ein Netzwerk von Hunderten winziger Augen, die es den Chitons ermöglichen, Raubtiere zu sehen, so ein in der Ausgabe vom 14. April 2011 veröffentlichtes PapierAktuelle Biologie.


Dan Speiser hält eine Molluske, die am Campus Point der UCSB gesammelt wurde. Im Volksmund als moosiger Chiton bezeichnet, ist das Tier in Kalifornien leicht zu finden. Diese Art hat jedoch keine Augen. Bildnachweis: George Foulsham, Office of Public Affairs, UCSB

ForVM sprach mit dem Hauptautor des Papiers, Daniel Speiser, einem Postdoktoranden am Department of Ecology Evolution and Marine Biology der University of California in Santa Barbara. Er erklärte, dass winzige Calciumcarbonat-Kristalle, die mit lichtempfindlichen Zellen verbunden sind, die in die Schalen westindischer Fuzzy-Chitons eingebettet sind, mehr als nur Lichtdetektoren sind. Die Kristalle bilden ein Netz von Augen – ein ungewöhnliches rudimentäres Sehsystem. Er sagte:


Die frühesten Beschreibungen von Chiton-Augen stammen aus der Zeit vor über hundert Jahren, und im letzten Jahrhundert wurden eine Reihe von Studien durchgeführt, die belegen, dass die meisten Chitons lichtempfindlich sind. Bisher hat jedoch niemand getestet, ob sie tatsächlich ihre Augen zum Sehen verwenden oder nicht. Heute wissen wir, dass Chiton-Augen tatsächlich räumliches Sehen ermöglichen, was eine Reihe von Vorteilen mit sich bringt.

Normalerweise erwartet man, dass Augen einem Tier räumliches Sehen ermöglichen, aber dies wurde noch nie an Chitonen getestet. Wir wussten, dass augenlose Chitons lichtempfindlich sind, daher schien es wahrscheinlich, dass Augen Chitons mit Augen einen zusätzlichen Vorteil boten. Wir führten einige Verhaltensexperimente durch und stellten fest, dass eine Chitonart mit Augen räumliches Sehen hat, eine Art ohne Augen jedoch nicht.

(Oben links) Ein westindischer Fuzzy-Chiton ruht auf Kalksteinfelsen in der Nähe von Tavernier, FL, USA. (Oben rechts) Eine nähere Ansicht des Chitons, wo sich die vorderste Klappe rechts befindet und die Augen als kleine schwarze Flecken erscheinen. (Unten) Chiton-Augen mit ihren durchscheinenden Linsen und deutlich sichtbaren Pigmentschichten. Die schwarzen Pfeile weisen auf neuere, weniger erodierte Augen und weiße Pfeile auf ältere, stärker erodierte Augen. Bildnachweis: Daniel Speiser undAktuelle Biologie.

Der westindische Fuzzy-Chiton, auch unter seinem taxonomischen Namen bekannt,Granulierte Akanthopleura, ist eine Meeresmolluske, die mit Napfschnecken, Muscheln und Meeresschnecken verwandt ist. Sie finden sich auf Felsen in Gezeitenzonen entlang der Küsten von Südflorida und Mexiko bis Panama und denWestindische InselnInseln.




Chitonsgelten als primitive Weichtiere mit einem Körperdesign, das erstmals vor mehr als 500 Millionen Jahren im Fossilienbestand auftauchte. Diese ovalen Kreaturen sind auf der ganzen Welt zu finden und leben zwischen den Felsen in Gezeitenlebensräumen, mit Ausnahme einiger Arten, die in Meerestiefen bis zu 6.000 m gefunden werden. Chitons haben eine Panzerung aus Muscheln, die aus acht Segmenten bestehen, von denen jedes mit einem starken muskulösen Gürtel verbunden ist, der den Körper der Kreatur umgibt. Dieses Design gibt ihnen die Flexibilität, sich über felsige Oberflächen zu bewegen, und wenn sie abgelöst werden, können sie sich schützend in einer kugelförmigen Form zusammenrollen.

Zwei westindische Fuzzy-Chitons und zwei karierte Neriten auf einem Felsen bei Le Gosier, Guadeloupe, auf den Kleinen Antillen. Bildnachweis: Hans Hillewaert über Wikimedia Commons.

Obwohl es Chitons schon seit über 500 Millionen Jahren gibt, hat die Entwicklung der Augen bei einigen Arten erst in den letzten 25 Millionen Jahren stattgefunden, also erst vor relativ kurzer Zeit in der Evolutionsgeschichte dieser Tiere.

Nicht alle Chiton-Arten haben Augen. Speiser sagte gegenüber ForVM,


Die meisten Chitons haben als Erwachsene keine Augen. Unter den relativ wenigen Chiton-Arten, die Augen haben, wissen wir nicht wirklich, wie sich die Augen unterscheiden. Es gibt sicherlich einige Unterschiede (zwischen den Arten) in der Größe der Augen, der Gesamtzahl der Augen und der Anordnung der Augen. Dies ist etwas, das wir uns in naher Zukunft genau ansehen werden.

Der westindische Fuzzy-Chiton ist eine der gemusterten Chiton-Arten – auf ihren Schalen befinden sich Hunderte von winzigen augenähnlichen Strukturen. Jedes Auge hat eine klare Kristalllinse aus Aragonit, einer Form von Kalziumkarbonat. Speiser beschrieb ihre Struktur:

Die Linsen bestehen aus dem gleichen Material wie die Schale und sind direkt darin eingebettet, daher vermute ich, dass die Linsenproduktion grundsätzlich der Schalenproduktion ähnelt. Wir wissen jedoch nicht, wie Chitons sicherstellen, dass ihre Linsen genau richtig geformt sind. Die Linsen sind ziemlich durchscheinend, wenn die Tiere leben, und im Gegensatz zu Linsen aus Protein bleiben sie klar, selbst nachdem die Tiere fixiert, konserviert usw. wurden. Sie sind nur etwa 50-100 Mikrometer [0,002-0,004 Zoll] breit. Das machte es schwierig, mit ihnen zu arbeiten!

Chitons fügen den Rändern ihrer Schalen (oder 'Ventile') während ihres Wachstums ständig neue Augen hinzu. Sie müssen dies teilweise tun, weil ältere Augen erodiert werden (Chitonen leben auf Felsen in Gezeitenzonen und sind Wellen ausgesetzt).


Diese Bilder zeigen eine intakte Chitonlinse (links) und ein entkalktes, geschnittenes Auge (Mitte). Die Abbildung (rechts) zeigt die Augenmorphologie, wobei pl = Pigmentschicht, rh = Rhabdome und re = Netzhautzellen. Die anderen Strukturen sind vollständig beschriftet. Bildnachweis: Daniel Speiser undAktuelle Biologie.

Wie fanden Speiser und sein Team Beweise dafür, dass westindische Fuzzy-Chitons einen Sehsinn hatten, anstatt nur Veränderungen der Lichtintensität zu erkennen? In einemPressemitteilungvom 14. April 2011 beschrieben sie die Experimente, die an Chitons durchgeführt wurden, die von den Florida Keys gesammelt wurden.

Die Chitons wurden auf eine Schieferplatte gelegt. Ungestört würde sich jeder sicher genug fühlen, um einen Teil seines Körpers zum Atmen zu heben. Von etwa 20 Zentimetern Höhe zeigte Speiser ihnen dann entweder eine schwarze Scheibe mit einem Durchmesser von 0,35 bis 10 Zentimetern oder eine entsprechende graue Rutsche, die die gleiche Menge blockierte hell. Ziel war es herauszufinden, ob die Chitons auf eine Form in Form der schwarzen Scheiben oder auf eine Lichtabnahme durch die grauen Folien reagierten.

Chitons in diesem Experiment reagierten nicht auf die durch die grauen Bildschirme verursachten Lichtänderungen. Aber wenn schwarze Scheiben ab 3 Zentimetern gezeigt wurden und größer wurden, klemmten sie sich schützend fest. In der Pressemitteilung beschrieb Sönke Johnsen, Biologieprofessor an der Duke University und Co-Autor des Papiers, es als „das Äquivalent von Menschen, die in den Himmel schauen und eine Scheibe mit dem Durchmesser von 20 Monden sehen, was das menschliche Sehen etwa tausendmal schärfer macht“. als Chiton-Vision.“ Bedeutet dies, dass das visuelle System des Chitons in der Lage ist, das aufzulösen, was für das menschliche Auge wie eine 20-Mond-Durchmesser-Scheibe am Himmel aussehen würde, und keine kleineren Details erkennen kann, fragte ForVM Speiser in Bezug auf die Auflösung? Er sagte,

Ja, Sie haben das Recht. Chiton-Augen haben eine niedrige Auflösung. Sie nehmen wirklich nicht viele Details aus ihrer visuellen Umgebung auf. Daher vermuten wir, dass die Augen in erster Linie dazu dienen, Raubtiere zu erkennen. Ihre Augen könnten jedoch immer noch für andere Zwecke verwendet werden, wir haben nur auf die eine oder andere Weise keine Beweise dafür.

Unsere Verhaltensergebnisse (dass Chitons eine visuelle Auflösung von 9-12 Grad haben) können dadurch erklärt werden, dass jedes Auge ein individuelles Bild bildet, also interpretieren wir die Augen als kleine Kameraaugen. Wir haben keine Beweise dafür, dass sich jedes Auge wie eine Facette eines großen Facettenauges verhält, aber wir können diese Möglichkeit auch nicht vollständig ausschließen. Wir wissen auch nicht, ob Chitons den Input von all ihren verschiedenen Augen zu einer einzigen Rekonstruktion ihrer visuellen Umgebung kombinieren. Dies wäre eine ziemliche Leistung für ein Tier, das im Großen und Ganzen hirnlos ist.

Wie schnitten die Chitonaugen im Vergleich zum Sehsystem anderer Weichtiere ab?

Die Linsen sind sehr unterschiedlich – andere Weichtiere stellen ihre Linsen aus Proteinen her, nicht aus Kalziumkarbonat. Darüber hinaus wissen wir es nicht. Die Photorezeptoren in Chitonaugen könnten denen in anderen Weichtieraugen ähnlich oder ganz anders sein. Genau daran arbeite ich gerade.

Er kommentierte auch die Arten der Photorezeptorzellen in den Chitonen.

Einige dieser Zellen (wie die in Oktopus- oder Insektenaugen) senden ein Signal, wenn die Lichtintensität ansteigt. Andere, wie die in Wirbeltieraugen, senden ein Signal, wenn die Lichtintensität sinkt. Wir können natürlich sagen, wann eine der beiden Situationen eintritt, aber das hat mit Zellen zu tun, die den Photorezeptoren (Stäbchen und Zapfen) selbst nachgeschaltet sind. Aus den von mir durchgeführten Verhaltensstudien kann ich sagen, dass ich nur gesehen habe, wie Chitons auf Lichtabnahmen reagierten, was darauf hindeutet, dass sich die Chiton-Netzhaut von der Netzhaut in Schnecken-, Nacktschnecken- oder Kopffüßeraugen unterscheidet. Mehr kann man an dieser Stelle schwer sagen.

Diese Zeichnung zeigt, wie sich das Licht im Auge des Chitons beugt und fokussiert, je nachdem, ob sich das Tier über oder unter Wasser befindet. Bildnachweis: Daniel Speiser undAktuelle Biologie.

Speiser erklärte mehr darüber, wie die einzelnen Augen zusammenwirken, um das visuelle System des Tieres zu bilden.

Das Sichtfeld beträgt für jedes Auge etwa 75 Grad. Die Augen sind jedoch über die Schalenplatten verteilt, sodass ein Chiton in alle Richtungen sehen kann. Dies ist nützlich, da Chitons sich langsam bewegende Tiere sind – sie können sich nicht umdrehen, um zu sehen, was sich von hinten anschleichen könnte.

Wir wissen wirklich nicht, ob Chitons ein Distanzgefühl haben – wir wissen nur, dass sie das plötzliche Auftauchen eines Objekts erkennen können (und dass sie zwischen dem plötzlichen Auftauchen eines Objekts und einer gleichmäßigen Abnahme der Lichtstärke unterscheiden können).

Die größte Überraschung, sagte Speiser, sei, zu erfahren, dass Chitonaugen in Luft und Wasser gleichermaßen gut funktionieren.

Es ist sehr sinnvoll, dass ein Gezeitentier Augen hat, die in beiden Medien funktionieren, aber die unterschiedlichen Brechungsindizes von Luft und Wasser machen dies zu einem ziemlich schwierigen technischen Problem. Wir freuen uns über die Möglichkeit, dass Chitons das verwenden könntenDoppelbrechungihrer Linsen, um zwei separate Bilder zu erzeugen: eines, das in Luft auf die Netzhaut fällt, und eines, das in Wasser auf die Netzhaut fällt. Wenn wir recht haben, nutzen Chitons eine intrinsische Eigenschaft von Aragonit, um ein multifunktionales Auge zu erhalten. Wir haben noch einen Weg vor uns, bevor wir etwas beweisen können, aber die Beweise, die wir bisher gesammelt haben, unterstützen diese faszinierende Möglichkeit.

Der westindische Fuzzy-Chiton hat eine ziemlich neuartige Methode entwickelt, um Raubtiere zu erkennen, mit Hunderten von winzigen Augen über ihren Schalen. Jedes Auge hat eine Linse aus Calciumcarbonat-Kristallen, die das Licht auf lichtempfindliche Zellen fokussiert. Zusammen bilden die Augen ein visuelles System, das es den Tieren ermöglicht, Raubtiere zu erkennen.

Westindischer Fuzzy-Chiton auf den Bahamas. Bildquelle: Anne DuPont

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