Helmivene, trilobiitti ja silmän evoluutio

”Joka on silmän luonut, hänkö ei näkisi?” (Ps.94:9)

Ylläolevan kuvan otin viime käynnilläni Luonnontieteellisessä Museossa Helsingissä. Kyseessä on iso muinaisen helmiveneen malli. Taustalla näkyvissä vitriineissä esitellään ordoviki- (485-444 mvs) ja siluurikausia (444-419 mvs), jotka olivat näiden mielenkiintoisten eläinten parasta kukoistusaikaa. Vanhimmat helmiveneiden fossiilit ovat kambrikauden lopulta. Ne olivat aikanaan merkittävimpiä saalistajia silloisessa ekosysteemissä. Vielä devonikaudellakin ne olivat yleisiä ja monimuotoisia, mutta joutuivat jo antamaan tilaa muille lajeille.

Fossiileita on löydetty noin 2500 eri lajista. Suurimmat saattoivat olla yli kymmenmetrisiä. Kuorten muodot vaihtelivat suuresti, oli suoria, käyriä ja spiraalimaisia. Ne liikkuivat eräänlaisen 'suihkumoottorin' avulla, jonka suuaukko näkyy yllä lonkeroiden alapuolella. Tuo putkimainen rakenne oli kääntyvä, mikä mahdollisti liikkumisen haluttuun suuntaan. Lonkeroissa ei ollut imukuppeja kuten nykyisillä mustekaloilla.

Eräs nykyinen helmivene,
Nautilus pompilius (Wikimedia)

Nykyisinkin helmiveneitä vielä elää, mutta vain kuusi lajia. Ne ovat melko pienikokoisia, spiraalimaisen kuoren halkaisija vaihtelee 16 - 25 cm välillä. Ne uiskentelevat päiväsaikaan useiden satojen metrien syvyydessä, mutta saattavat öisin nousta lähemmäksi pintaa.

Helmiveneet muistuttavat mustekaloja, mutta ovat niitä selvästi alkeellisempia. Mustekalojen katsotaankin kehittyneen varhaisista helmiveneistä noin 400 mvs.

Erityisen mielenkiintoinen piirre on helmiveneiden silmä. Se on paljon yksinkertaisempi kuin muste­kaloilla. Siinä ei ole lainkaan linssiä vaan ainoastaan pieni reikä, kuten ns. neulanreikäkameroissa aikoinaan. Vesi pääsee virtailemaan silmään sisälle. Näkö ei ilmeisesti ole kovin tarkka. Helmiveneiden aivot eivät ole niin kehittyneet kuin mustekaloilla, vaan niillä on aivojen tilalla ns. aivosolmukkeet, joiden sijainti on silmien takana.

Oletettu nilviäisten silmän evoluutio (Kuva Wikimedia)

Helmiveneiden neulanreikäsilmää pidetään esimerkkinä välivaiheesta kohti kehittynyttä linssillistä silmää.

Oheisessa kaaviossa on kuvattu nilviäisten silmän evoluutiota sellaisena, kuin evoluutiotutkijat sen ajattelevat olleen. Joiltain nilviäisiltä löydetään hyvin yksinkertaisia silmiä, jotka ovat ihon pinnassa olevia valoa aistivia pigmenttitäpliä. Tämä vastaa ylintä kuvaa. Seuraavaa kehitysvaihetta edustaa 'kuppisilmä', joka jo mahdollisti paremman valon suunnan aistimisen (esim. lattana, planaria).

Kolmas vaihe vastaa helmiveneiden neulanreikäsilmää. Myöhemmissä vaiheissa reiän peittyminen läpinäkyvällä kalvolla suojasi silmän sisällä olevia osia ja linssin kehittyminen mahdollisti näön kohdentamisen määrätylle etäisyydelle.

Eriasteisten alkeellisten silmien olemassaolo vielä nykyäänkin tekee mahdolliseksi kuvitella, minkälaisia ovat voineet olla ne kehityspolut, jotka ovat johtaneet yksinkertaisista valoa aistivista elimistä monimutkaisempiin silmiin. Silmät ovat arvioiden mukaan kehittyneet useita kertoja. Esim. nilviäisillä, nivelmadoilla ja niveljalkaisilla on aivan erilaiset valoa aistivat solut kuin selkäjänteisillä ja piikkinahkaisilla. Silmien kehitykseen liittyy kuitenkin monia arvoituksia, eikä sitä ole sopivan fossiiliaineiston vähäisyyden vuoksi helppo tutkia.

Asaphiscus wheeleri -trilobiitin fossiili (Wikimedia)

Kalsiittikiteitä (Kuva Wikimedia)

Ensimmäiset fossiiliset todisteet silmistä on löydetty kambrikaudelta (541-485 mvs). Kambrikauden keskivaiheilta tunnetaan jo useita erityyppisiä silmiä, trilobiiteiltä ja muiltakin eliöiltä. Hämmästystä on aiheuttanut se, miten kehittyneitä silmiä trilobiiteilla oli jo niiden ilmaantuessa fossiiliaineistoon. Tälle tuntuisi luontevalta selitykseltä se, että aikaisemmat pehmeärakenteiset välivaiheet eivät ole jättäneet jälkiä fossiileihin. Trilobiittien silmien mykiöt sensijaan koostuivat kirkkaasta kalsiitista eli kalkkisälvästä.

Hieman lisävaloa 'trilobiittien silmän arvoitukseen' tuo vuonna 2017 julkisuuteen tullut tieto. Virosta oli löydetty 530 milj. vuoden ikäinen Schmidtiellus reetae -lajin trilobiitin fossiili, jossa oli toinen silmä niin hyvin säilynyt, että pystyttiin jopa tutkimaan sen sisäistä rakennetta. Se on toistaiseksi vanhin silmäfossiili. Tutkijoiden mukaan on jopa mahdollista, että sen vanhempaa fossiloitunutta todistetta silmästä ei voida löytää.

Tämän trilobiitin silmä oli alkukantainen versio nykyisten niveljalkaisten eliöiden verkkosilmästä. Sen silmä koostui noin sadasta keilamaisesta osasilmästä. Ne sijoittuivat suhteellisen kauas toisistaan verrattuna nykypäivän niveljalkaisten silmien rakenteeseen. Toisin kuin esimerkiksi kärpäsillä, tutkitulla trilobiitillä ei kuitenkaan ollut silmissään linssiä. Ulkopuolelta tarkasteltuna siltä tosin vaikutti, mutta sisäpuolelta ei löytynyt mitään linssimäistä kuperaa pintaa. Tutkijaryhmä selvitti myös, että vain joitain miljoonia myöhemmin samalla alueella eli trilobiittilaji, jolla oli parempi­resoluu­tioiset (tarkoittanee: useammasta osasilmästä koostuneet) verkkosilmät.

Lähteitä:

Wikipedia, Nautiloid
Tekniikan maailma, Maailman vanhin silmä löytyi virosta
ZME Science,  World’s oldest eye found in a fossil in Estonia is very similar to today’s eyes
BBC News, Researchers find 'oldest ever eye' in fossil
Science Alert, This 530-Million-Year-Old Fossil Could Be The Oldest Eye Ever Discovered
Wikipedia, Evolution of the eye
American Museum of Natural History, Trilobite eyes