Scoperto “l’iperocchio” primordiale

Un gruppo di ricerca internazionale ha scoperto nei trilobiti del sottordine Phacopina del Devoniano (390 milioni di anni fa), un sistema oculare unico nel regno animale nominato come “iperocchio”: ciascuna delle circa 200 lenti di un occhio iperfaccettato abbraccia un gruppo di sei normali sfaccettature dell’occhio composto, formando un occhio composto stesso.

L’iperocchio: un occhio speciale dei trilobiti

Oltre agli occhi iper-sfaccettati, i ricercatori, guidati dalla zoologa Dr.ssa Brigitte Schoenemann dell’Istituto di didattica della biologia dell’Università di Colonia, hanno identificato una struttura che ritengono essere una rete neurale locale che elaborava direttamente le informazioni provenienti da questo speciale occhio o iperocchio e un nervo ottico che trasportava le informazioni dall’occhio al cervello. L’articolo, “Un occhio ipercomposto di 390 milioni di anni nei trilobiti facopidi del Devoniano”, è stato pubblicato su Scientific Reports.

I trilobiti sono artropodi che un tempo abitavano gli oceani del mondo e si estinsero circa 251 milioni di anni fa. La scoperta è stata fatta quando Schoenemann e i suoi colleghi hanno esaminato le immagini a raggi X scattate dal radiologo e paleontologo dilettante Wilhelm Stürmer negli anni ’70. Stürmer aveva già creduto che i filamenti sotto gli occhi dei trilobiti fossero nervi, o un sistema di guida della luce. Schoenemann ha anche trovato segni di Stürmer sulle immagini che designano le sei sottofaccette. Tuttavia, gli scienziati dell’epoca non credevano alle sue interpretazioni. Ora, però, il riesame delle immagini e la verifica con la moderna tomografia computerizzata hanno confermato le sue congetture.

La maggior parte dei trilobiti aveva occhi composti simili a quelli che si trovano ancora oggi negli insetti: un gran numero di sfaccettature esagonali formano l’occhio. Di solito ci sono otto fotorecettori sotto ogni sfaccettatura. Paragonabile all’immagine dello schermo di un computer, che è costituita da singoli pixel, un’immagine è costituita dalle singole sfaccettature. Nelle libellule ci sono fino a diecimila singole sfaccettature. Per produrre un’immagine coerente, le faccette devono essere molto vicine tra loro e collegate da neuroni.

Tuttavia, nel sottordine dei trilobiti Phacopinae, le lenti visibili esternamente degli occhi composti sono molto più grandi, fino a 1 mm di diametro e oltre. Inoltre, sono posti più distanti. Fino ad ora, gli scienziati non erano stati in grado di spiegarlo e hanno ipotizzato che sul fondo della capsula ci fosse una piccola retina paragonabile a quella degli umani. 

L’analisi del dottor Schoenemann dell’archivio di raggi X di Wilhelm Stürmer di 40 anni fa ora suggerisce un’interpretazione diversa: un occhio iper-composto. Ogni facopide aveva due occhi, uno a sinistra e uno a destra. “Ciascuno di questi occhi consisteva in circa 200 lenti di dimensioni fino a 1 mm”, ha detto Schoenemann. ‘Sotto ciascuna di queste lenti, a loro volta, sono impostate almeno 6 sfaccettature, ognuna delle quali insieme costituisce di nuovo un piccolo occhio composto. Quindi abbiamo circa 200 occhi composti (uno sotto ogni lente) in un occhio.

‘Queste sub-faccette sono disposte in uno o due anelli. “Sotto c’era un nido simile a schiuma che probabilmente era una piccola rete neurale per elaborare i segnali”, ha aggiunto lo zoologo. I filamenti trovati da Stürmer infatti si sono rivelati nervi che conducono dagli occhi al cervello del trilobite.

Wilhelm Stürmer era il capo del dipartimento di raggi X della Siemens e un appassionato paleontologo. Con un autobus VW attrezzato come stazione a raggi X, ha guidato di cava in cava fino ai fossili di raggi X. Tra le altre cose, ha scoperto strutture chiamate filamenti sotto gli occhi degli animali, che pensava fossero fossili di tessuti molli, in particolare di nervi ottici. “A quel tempo, era opinione comune che nei fossili si potessero vedere solo ossa e denti, le parti dure degli esseri viventi, ma non le parti molli, come gli intestini o i nervi”, ha spiegato Schoenemann. 

L’erede di Stürmer ha dato allo zoologo il suo archivio. Ma l’hobby-paleontologa non solo aveva identificato correttamente il nervo ottico, osserva: “Su un negativo a raggi X, c’era una freccia a penna rossa che indicava la struttura delle sei faccette inferiori sotto una lente principale. Questo probabilmente indicava che Stürmer aveva già riconosciuto l’occhio ipercomposto”. All’epoca, tuttavia, gli scienziati presumevano che i nervi non si fossilizzassero, né che esistessero guide luminose nel sistema ottico naturale. Le fibre ottiche non sono state scoperte fino agli anni ’80 negli occhi composti di un granchio di acque profonde.

L'”iperocchio” del trilobite potrebbe essere stato un adattamento evolutivo alla vita in condizioni di scarsa illuminazione, ritiene Schoenemann. Con il suo apparato visivo altamente complesso, potrebbe essere stato molto più sensibile alla luce di un normale occhio trilobite. “È anche possibile che i singoli componenti dell’occhio svolgano funzioni diverse, consentendo, ad esempio, il miglioramento del contrasto o la percezione di colori diversi”, ha affermato il biologo. Finora, un tale occhio è stato trovato solo nel sottordine dei trilobiti Phacopinae: “Questo è unico nel regno animale”, ha concluso. Nel corso dell’evoluzione, questo sistema oculare non è stato continuato, poiché i trilobiti del sottordine Phacopinae si estinsero alla fine del periodo Devoniano 360 milioni di anni fa.