Gli antichi trilobiti avevano occhi di cristallo e sono ancora un mistero

La natura ha tentato nel corso degli eoni alcuni approcci piuttosto selvaggi ai problemi della vita, e questo è vero per la visione.

Uno dei primi esempi di occhio complesso potrebbe aver fatto affidamento su un materiale piuttosto insolito per focalizzare la luce, non presente negli organismi moderni. Gli occhi appartenevano a un gruppo estinto di animali chiamati trilobiti, ed erano fatti di cristallo duro, un minerale noto come calcite – una strana piccola stranezza che ci offre una finestra su come questi primi animali percepivano il mondo che li circondava.

I trilobiti si estinsero circa 250 milioni di anni fa, ma esistevano già da circa 300 milioni di anni. Ci sono anche moltissime strutture corporee di trilobiti nella documentazione fossile, il che suggerisce che quei 300 milioni di anni furono anni di grande successo. E poiché i loro strani occhi erano fatti di pietra, spesso erano splendidamente conservati nei numerosi fossili che lasciavano.

È così che sappiamo che i trilobiti avevano occhi composti come gli insetti, costituiti da gruppi di unità fotorecettrici chiamate ommatidi, ciascuno con i propri fotorecettori e lenti. Gli esami delle sezioni rotte delle lenti fossilizzate rivelano un materiale cristallino costituito da calcite.

La calcite pura è trasparente, quindi, in teoria, la luce potrebbe penetrarla ed essere focalizzata, dove i fotorecettori potrebbero rilevarla. Come per la visione degli insetti, c’era probabilmente un compromesso: i trilobiti probabilmente non vedevano con un’alta risoluzione spaziale, ma erano particolarmente sensibili al movimento.

C'erano tre tipi di questi occhi trilobiti. Il più antico e diffuso è un tipo detto olocroale, in cui piccoli ommatidi erano ricoperti da un'unica membrana corneale, con le lenti adiacenti a diretto contatto tra loro.

L'occhio abatochroale è presente solo nella famiglia Eodiscidae; le piccole lenti sono ricoperte ciascuna da una sottile cornea.

Infine, l'occhio schizocroale si vede solo nel sottordine Phacopina. Le lenti sono più grandi, ampiamente separate e ciascuna ha la propria cornea. Probabilmente, secondo gli scienziati, erano altamente specializzati.

L'occhio olocroale è il più simile ai moderni occhi di apposizione osservati in alcuni insetti e crostacei, e gli scienziati ritengono che funzionassero in modo simile. Ogni ommatidio opera individualmente e l'immagine che l'insetto vede è un mosaico di tutte le immagini combinate.

Le cose però si fanno un po’ complicate con la calcite. La calcite ha una delle birifrangenze più forti in natura. Ciò significa che ha due indici di rifrazione; la luce verrà divisa due volte mentre viaggia attraverso la calcite, i due raggi viaggiano a velocità diverse, producendo una doppia immagine.

Per i piccoli ommatidi, come si vede nell'occhio olocroale, è improbabile che questo costituisca un problema; la deviazione dei raggi è inferiore all'organo fotosensibile.

Per gli occhi schizocroali la birifrangenza rappresenta più di un problema. Il cristallo non è flessibile, quindi gli ommatidi più grandi non possono cambiare la loro messa a fuoco per ridurre l'effetto. Invece, gli scienziati hanno scoperto che gli occhi schizocroali hanno quella che è nota come struttura a doppietto.

Ciò significa che la lente ha due strati, ciascuno con un diverso indice di rifrazione, che potrebbe correggere la birifrangenza, quasi come se i trilobiti avessero gli occhiali incorporati. Lenti di questo tipo furono inventate, separatamente, dai matematici René Descartes e Christian Huygens nel XVII secolo, ignari che i trilobiti li avevano battuti sul tempo.

Nonostante tutta la nostra comprensione delle varie strutture dell'occhio del trilobite, tuttavia, non capiamo ancora del tutto come funzionasse l'occhio schizocroale, se fosse simile a un occhio di apposizione o facesse qualcosa di diverso, come suggerirebbe la diversa struttura.

Uno studio recente ha dimostrato che gli occhi schizocroali sono molto più complessi di quanto pensassimo, il che ci avvicina. Si è scoperto che ciascuna lente copriva un piccolo occhio composto, formando una sorta di "iperocchio".

Potrebbe anche essere possibile che ci sbagliamo completamente riguardo alla visione dei trilobiti. Uno studio del 2019 si chiede se le cornee calcitiche possano essere state artefatti del processo di conservazione, il che implica che i loro occhi di cristallo sono molto meno unici di quanto molti ipotizzano.