Slangster ‘ziet’ met duizenden lichtgevoelige cellen

Een netwerk van duizenden lichtgevoelige cellen stelt slangsterren in staat om donkere plekjes op te zoeken waar ze zich kunnen verschuilen voor roofvijanden, schrijven Lauren Sumner-Rooney en collega’s. Lenzen komen daar niet aan te pas, zoals werd aangenomen.

De slangster Ophiocoma wendtii, die leeft op koraalriffen in het Caribische gebied, heeft een afkeer van licht en kruipt overdag weg in donkere hoekjes waar roofvijanden hem moeilijk kunnen vinden. Dat betekent dat hij verschil waarneemt tussen donker en licht. Hij kan dat dankzij een indrukwekkend netwerk van duizenden lichtgevoelige cellen over het hele lichaamsoppervlak, ontdekten Lauren Sumner-Rooney en collega’s.

Geen microlenzen

Tegelijk halen ze een oud idee onderuit, namelijk dat de armen aan de bovenkant bedekt zijn met microlenzen, zoals onder meer beschreven door Joanna Aizenberg en collega’s. Men dacht dat die lenzen het opvallend licht focussen op lichtgevoelige cellen eronder; die cellen zouden daarop een signaal doorgeven aan zenuwvezels en zenuwcentra zouden uit die signalen een beeld van de omgeving samenstellen. Het hele dier zou in feite één samengesteld oog zijn.

De lenzen blijken er niet te zijn.

Waar kwam het idee vandaan? Zeeslangen hebben een inwendig skelet dat bestaat uit een sponsachtige, poreuze vorm van calciet (calciumcarbonaat). De calcietplaten die de armen verstevigen vormen aan de oppervlakte veel knobbels die halfrond en doorzichtig zijn. Net piepkleine lenzen, en daarvoor werden ze ook gehouden.
Maar Sumner-Rooney slaagde er nu in om te laten zien waar cellen met lichtgevoelige pigmenten zich bevinden. Ze vond er veel, maar nou net niet onder de microlenzen, waar het brandpunt zou moeten zijn. In plaats daarvan liggen de lichtgevoelige cellen tussen de veronderstelde lenzen in aan de oppervlakte, ingebed in de huid; ze zijn regelmatig over het hele lichaam verspreid. Ze vond ook bundels van zenuwvezels die naar deze cellen lopen, en geen zenuwvezels die eindigen onder de ‘lenzen’.

Veilige plek

Kortom: de slangsterren hebben veel lichtgevoelige cellen aan de oppervlakte, maar de doorzichtige knobbels (de veronderstelde lenzen) staan daar los van; ze zijn overigens helemaal bedekt met huid, en dat pleit ook al niet voor een lensfunctie. Er zijn bovendien geen zenuwcentra die de signalen zouden kunnen verwerken. Met het uitgebreide netwerk van lichtgevoelige cellen kunnen de dieren slechts heel grof licht van donker onderscheiden. Net genoeg om een veilige plek te kunnen vinden.

Willy van Strien

Foto: Ophiocoma wendtii. © Lauren Sumner-Rooney

Bronnen:
Sumner-Rooney, L., I.A. Rahman, J.D. Sigwart & E. Ullrich-Lüter, 2018. Whole-body photoreceptor networks are independent of ‘lenses’ in brittle stars. Proceedings of the Royal Society B 285: 20172590. Doi: 10.1098/rspb.2017.2590
Aizenberg, J., A. Tkachenko, S. Weiner, L. Addadi & G. Hendler, 2001. Calcitic microlenses as part of the photoreceptor system in brittlestars. Nature 412: 819-822. Doi: 10.1038/35090573

Mantelschelpen zien dankzij honderden spiegeltjes

Mantelschelpen maken dat ze wegkomen als ze gevaar zien. En dat zien doen ze met bijzondere ogen, waarin niet een lens, maar een holle spiegel een beeld vormt. Benjamin Palmer en collega’s brachten de ogen in beeld.

Met vele helderblauwe oogjes langs de rand van hun mantel houden mantelschelpen de omgeving in de gaten. Die ogen zijn zeer bijzonder. Ze vormen namelijk geen beeld van de buitenwereld met een lens, zoals vrijwel alle andere ogen (ook de onze) doen, maar met een holle spiegel; de ogen zijn piepkleine spiegeltelescoopjes. Een tweede eigenaardigheid is dat elk oogje niet één, maar twee netvliezen heeft.
Met verschillende microscopische beeldvormende technieken brachten Benjamin Palmer en collega’s gedetailleerd de ogen in beeld van de grote mantel, Pecten maximus, uit de Atlantische Oceaan, ook wel bekend en in de keuken gewaardeerd als sint-jakobsschelp. Die heeft zo’n tweehonderd ogen, van ongeveer één millimeter groot.

Tegels

De achterwand van de ogen blijkt te zijn ‘betegeld’ met dunne, vierkante guanineplaatjes die strak aaneengesloten liggen. Er zijn twintig tot dertig lagen van die tegels, en het geheel weerkaatst vrijwel al het opvallende licht: het is een spiegel. Dat de kristallen dunne vierkante plaatjes zijn betekent dat de schelpdieren het kristallisatieproces uistekend onder controle hebben, want guaninekristallen nemen een andere vorm aan als ze in het lab ontstaan.
Guanine is overigens bekend als de nucleobase G, één van de vier letters van het erfelijk materiaal, het dna; het heeft hier een andere toepassing.

Nood

De spiegel is hol, zodat de weerkaatste lichtstralen voor de spiegel gefocust worden. De spiegel heeft geen regelmatige vorm, maar is in het midden afgeplat. Gevolg is dat lichtstralen die schuin invallen, dus die van de rand van het gezichtsveld komen, iets dichter bij de spiegel gefocust worden dan de lichtstralen die recht invallen, dus uit het centrum van het gezichtsveld komen. Toch komt alles goed in beeld, want elk oog heeft voor de spiegel twee netvliezen die het teruggekaatste en gefocuste licht opvangen: het dichtst bij de spiegel ligt een netvlies waarop de rand van het gezichtsveld wordt afgebeeld, en daarvoor een netvlies voor het centrum van het gezichtsveld (het invallende licht is door die netvliezen gegaan voordat het op de spiegel viel).
Aan de buitenkant van de netvliezen hebben de ogen ook nog een lens, maar die is zwak en draagt nauwelijks bij aan de beeldvorming.

Dankzij de vele oogjes kan een mantel zien of er een roofvijand nadert. In geval van nood maakt hij dat hij wegkomt: deze schelpdieren kunnen zich verplaatsen door hun kleppen snel open en dicht te doen. Echt zwemmen kun je het niet noemen, maar ze kunnen ontsnappen.

Willy van Strien

Foto’s:
Groot: de ogen van een mantelschelp. Matthew Krummins (Wikimedia Commons, Creative Commons CC BY 2.0)
Klein: grote mantel. ©Ceri Jones (Haven Diving Services)

Zie hoe een mantelschelp zich door het water beweegt

Zie ook:
De bijzondere ogen van in zee levende keverslakken, met lenzen van steen

Bron:
Palmer, B.A., G.J. Taylor, V. Brumfeld, D. Gur, M. Shemesh, N. Elad, A. Osherov, D. Oron, S. Weiner & L. Addadi, 2017. The image-forming mirror in the eye of the scallop. Science 358: 1172-1175. Doi: 10.1126/science.aam9506