Ноздри ископаемой рыбы из Чжэнцзяна оказались второй парой глаз

Зрение позвоночных обеспечивается парой глаз камерного типа, а у некоторых рыб, земноводных и рептилий имеется также светочувствительный пинеальный комплекс, состоящий из пинеального (он же эпифиз) и парапинеального органов. Пинеальный комплекс и глаза имеют общую генетическую и эмбриологическую природу — они формируются из выпячиваний во время развития промежуточного мозга. 

Несмотря на то, что пинеальный комплекс известен как «теменной глаз» (иногда «третий глаз») у позвоночных, его предполагаемая роль в зрении у ранних позвоночных остаются неизвестными. Принято считать, что для восприятия изображения у позвоночных служат только два глаза. Однако опубликованная в Nature статья посвящена интересному открытию: по-видимому, у самых ранних ископаемых позвоночных имелось четыре глаза, способных к зрительному восприятию. 

В глазах камерного типа у позвоночных имеется сферическая линза — хрусталик, — сетчатка, радужная оболочка и глазодвигательные мышцы. Эти черты упрощают идентификацию глаз у ископаемых позвоночных: пигментный эпителий сетчатки, богатый, часто формирует темные пятна, а хрусталик оставляет рельефный отпечаток или заполняется минеральными отложениями. 

Древнейшие ископаемые позвоночные — миллокунмингиды (myllokunmingid, впервые описаны по останкам из окрестностей китайского города Куньмин, от которого и образована часть названия) — относятся к кембрийскому периоду. Авторы статьи проанализировали десять экземпляров, обнаруженных в Чэнцзяне (юг Китая). Шесть из них принадлежали виду Haikouichthys ercaicunensis, а еще четыре — к неназванному таксону миллокунмингид. На голове всех ископаемых имелись две пары черных пятен, причем более крупные, расположенные по бокам, интерпретировались как глаза, а центральная пара — как ноздри. 

С помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, рамановской спектроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии исследователи установили, что как боковые, так и средние черные пятна имеют органический состав. Органический материал в них, как показала сканирующая электронная микроскопия, представлен микротельцами яйцевидной или цилиндрической формы.

Микротельца в латеральных глазах H. ercaicunensis имели овальную форму — от 250 до 900 нм по длинной оси, от 200 до 800 нм по короткой. У них был единственный морфотип; преобладающее соотношение длины к ширине составляло 1,04. 

В латеральных глазах другой миллокунмингиды ученые обнаружили два различных морфотипа микротелец. Первый характеризовался соотношением длины к ширине около 1,12 и напоминал овальные микротельца H. ercaicunensis. Второй морфотип был цилиндрическим, соотношение длины к ширине составило 2,00 (400–1200 нм по длинной оси и 200–550 — по короткой). 

Сравнительный анализ показал, что по форме и размеру эти микротельца идентичны меланосомам, описанным как у ископаемых, так и у живых позвоночных. В пользу этого говорит и наличие центрального отверстия в ископаемых микротельцах — оно могло остаться от обогащенного феомеланином ядра. Феомеланин менее химически стабилен и легче растворим, чем эумеланин, поэтому феомеланиновое ядро могло не сохраниться и оставить пустое пространство. Это согласуется с моделью строения меланосомы, ядро которой богато феомеланином, а периферия — эумеланином. Такие меланосомы встречаются в радужной оболочке глаза современных видов, в том числе человека. 

Предположение о наличии меланосом в глазах позвоночных из Чэнцзяна подтвердилось данными времяпролетной масс-спектрометрии вторичных ионов (ToF-SIMS). 

Охарактеризовав глаза обоих видов миллокунмингид из Чэнцзяна, ученые перешли к анализу срединной пары темных пятен. Они были меньше латеральных глаз — диаметр составил 160–240 мкм у H. ercaicunensis и 90–120 мкм у родственного вида. 

Исследователи установили, что срединные пятна имели органический состав и содержали микротельца, похожие на меланосомы глаз. В срединных органах H. ercaicunensis авторы обнаружили только яйцевидные меланосомы, как и в латеральных глазах, а у неназванного вида. — как яйцевидные, так и цилиндрические. Содержание меланина в микротельцах авторы подтвердили результатами ToF-SIMS.

Присутствие меланосом в срединных пятнах древних позвоночных из Чэнцзяна говорит о наличии в них пигментного эпителия сетчатки. Кроме того, в глазах обоих видов обнаружилась овальная структура, ее размер и форма были одинаковы у всех экземпляров — от 80 до 110 мкм, то есть примерно 20% диаметра всего глаза. Ученые интерпретировали эту структуру как хрусталик глаза и показали, что она встречалась также в срединных органах, хотя в них была пропорционально больше и занимала от одной трети до двух пятых диаметра сетчатки. 

Ранее срединные пятна на голове ископаемых миллокунмингид из Чэнцзяна интерпретировались как ноздри. Однако новые данные указывают на то, что эти органы представляли собой пару камерных глаз, состоящих из пигментного эпителия сетчатки с меланосомами и хрусталика. Авторы подчеркивают, что их открытие — повод пересмотреть идентичность пинеального комплекса, поскольку его происхождение может быть связано с обнаруженной второй парой глаз кембрийских рыб. 

Эволюция строения конечностей позволила увеличить размеры позвоночных

Глаз наутилуса сформировался в результате дегенерации более сложного органа