Découverte d’un « hyper-œil » primordial : un œil hyper-composé de 390 millions d’années avec 200 lentilles

Découverte d'un « hyper-œil » primordial : un œil hyper-composé de 390 millions d'années avec 200 lentilles
Trilobite Hyper-Oeil

Phacops geesops, un trilobite du Dévonien. Les yeux de l’animal se composent de 200 lentilles simples chacune, couvrant six petites facettes, qui forment à nouveau un œil chacune. Crédit : Dr Brigitte Schoenemann

Les trilobites du sous-ordre Phacopina avaient un œil unique dans lequel environ 200 grandes lentilles dans chaque œil couvraient au moins six facettes individuelles, chacune formant à son tour son propre petit œil composé / photographies aux rayons X de 40 ans par le paléontologue amateur Wilhelm Stürmer montre des nerfs oculaires fossilisés.

Une équipe de recherche internationale a découvert chez les trilobites du sous-ordre Phacopina du Dévonien (390 millions d’années BP) un système oculaire unique dans le règne animal : chacun des quelque 200 lentilles d’un œil hyperfacette couvre un groupe de six lentilles normales. facettes oculaires composées, formant lui-même un œil composé. En plus des yeux hyper-facettes, les chercheurs, dirigés par la zoologiste Dr Brigitte Schoenemann de l’Institut de didactique de la biologie de l’Université de Cologne, ont identifié une structure qu’ils pensent être un réseau neuronal local qui traite directement les informations de cette l’œil et un nerf optique qui transporte l’information de l’œil au cerveau. L’article intitulé “A 390 million-year-old hyper-compound eye in Devonian phacopid trilobites” a été publié dans Rapports scientifiques.

Les trilobites sont des arthropodes qui habitaient autrefois les océans du monde et se sont éteints il y a environ 251 millions d’années. La découverte a été faite lorsque Schoenemann et ses collègues ont examiné des images radiographiques prises par le radiologue et paléontologue amateur Wilhelm Stürmer dans les années 1970. Stürmer avait déjà cru que les filaments sous les yeux des trilobites étaient des nerfs ou un système de guidage de la lumière. Schoenemann a également trouvé des marques de Stürmer sur les images désignant les six sous-facettes. Cependant, les scientifiques de l’époque ne croyaient pas à ses interprétations. Maintenant, cependant, le réexamen des images et la vérification avec la tomodensitométrie moderne ont réussi à confirmer ses conjectures.

La plupart des trilobites avaient des yeux composés similaires à ceux que l’on trouve encore aujourd’hui chez les insectes : un grand nombre de facettes hexagonales forment l’œil. Il y a généralement huit photorécepteurs sous chaque facette. Comparable à l’image d’un écran d’ordinateur, qui est constituée de pixels individuels, une image est constituée de facettes individuelles. Chez les libellules, il y a jusqu’à dix mille facettes individuelles. Afin de produire une image cohérente, les facettes doivent être très proches les unes des autres et reliées par des neurones.

Cependant, dans le sous-ordre des trilobites Phacopinae, les lentilles visibles de l’extérieur des yeux composés sont beaucoup plus grandes, jusqu’à 1 mm de diamètre et plus. De plus, ils sont plus éloignés les uns des autres. Jusqu’à présent, les scientifiques n’avaient pas été en mesure d’expliquer cela parce que l’espace est gaspillé où la lumière pourrait être capturée. Puisqu’une petite coupe se trouve sous la lentille, ils ont supposé qu’au fond de la capsule se trouvait une petite rétine comparable à celle des humains.

L’analyse par le Dr Schoenemann des archives de rayons X de Wilhelm Stürmer, vieilles de 40 ans, suggère maintenant une interprétation différente : un œil hyper-composé. Chaque phacopide avait deux yeux, un à gauche et un à droite. “Chacun de ces yeux se composait d’environ 200 lentilles jusqu’à 1 mm de taille”, a déclaré Schoenemann. «Sous chacune de ces lentilles, à son tour, au moins 6 facettes sont mises en place, dont chacune constitue à nouveau un petit œil composé. Nous avons donc environ 200 yeux composés (un sous chaque lentille) dans un œil. Ces sous-facettes sont disposées en un ou deux anneaux. “En dessous se trouvait un nid en forme de mousse qui était probablement un petit réseau de neurones pour traiter les signaux”, a ajouté le zoologiste. Les filaments trouvés par Stürmer se sont en fait avérés être des nerfs menant des yeux au cerveau du trilobite. Un examen plus approfondi avec la tomographie par ordinateur moderne a confirmé ces structures.

Wilhelm Stürmer était le chef du département de rayons X chez Siemens et un paléontologue passionné. Avec un bus VW équipé d’une station à rayons X, il a conduit de carrière en carrière aux fossiles de rayons X. Entre autres choses, il a découvert des structures appelées filaments sous les yeux des animaux, qu’il pensait être des fossiles de tissus mous, en particulier de nerfs optiques. « À cette époque, le consensus était que seuls les os et les dents, les parties dures des êtres vivants, pouvaient être vus dans les fossiles, mais pas les parties molles, comme les intestins ou les nerfs », a expliqué Schoenemann. L’héritier de Stürmer a donné au zoologiste ses archives. Mais la paléontologue amateur n’avait pas seulement correctement identifié le nerf optique, elle note : « Sur un négatif radiographique, il y avait une flèche au stylo rouge pointant vers la structure des six facettes inférieures sous une lentille principale. Cela indiquait probablement que Stürmer avait déjà reconnu l’œil hyper-composé. À l’époque, cependant, les scientifiques supposaient que les nerfs ne se fossilisaient pas, ni que des guides de lumière existaient dans le système optique naturel. Les fibres optiques n’ont été découvertes que dans les années 1980 dans les yeux composés d’un crabe des grands fonds.

L’hyper-œil du trilobite pourrait avoir été une adaptation évolutive à la vie dans des conditions de faible luminosité, estime Schoenemann. Avec son appareil visuel très complexe, il était peut-être beaucoup plus sensible à la lumière qu’un œil trilobite normal. “Il est également possible que les composants individuels de l’œil remplissent des fonctions différentes, permettant, par exemple, l’amélioration du contraste ou la perception de différentes couleurs”, a déclaré le biologiste. Jusqu’à présent, un tel œil n’a été trouvé que dans le sous-ordre des trilobites Phacopinae : “C’est unique dans le règne animal”, a-t-elle conclu. Au cours de l’évolution, ce système oculaire ne s’est pas poursuivi, car les trilobites du sous-ordre des Phacopinae se sont éteints à la fin du Dévonien il y a 360 millions d’années.

Referene : « A 390 million-year-old hyper-compound eye in Devonian phacopid trilobites » par B. Schoenemann, ENK Clarkson, C. Bartels, W. Südkamp, ​​GE Rössner et U. Ryck, 30 septembre 2021, Rapports scientifiques.
DOI : 10.1038 / s41598-021-98740-z

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