מה רואה הצדפה?

צדפות סקאלופ (scallops) רואות בעזרת 200 עיניים זעירות המקיפות את גופן. במקום למקד אור דרך עדשה, עיני הצדפות מורכבות ממראה בחלקן האחורי אשר מחזירה אור לשתי רשתיות שונות. מדעני מכון ויצמן למדע ושותפיהם למחקר באוניברסיטת לונד בשוודיה תיארו באחרונה בפירוט את מבנה מראה זו ואת תכונותיה האופטיות בכתב-העת המדעי Science.

צדפות סקאלופ חיות בקרקעית האוקיינוס, ובניגוד לצדפות אחרות, הן יכולות לשחות. עיניהן הכחולות הזוהרות ממוקמות בקצוות העליונים והתחתונים של גופן העגול. ד"ר בנג'מין פאלמר, חוקר בתר-דוקטוריאלי בקבוצות המחקר של פרופ' ליאה אדדי ופרופ' סטיב ויינר מהמחלקה לביולוגיה מבנית, מספר כי כדי להסביר כיצד פועלת מערכת הראייה הייחודית של הצדפות – מנקודת המבט הננומטרית ועד זו המילימטרית – נדרש שיתוף פעולה בין פיסיקאים, כימאים וביולוגים אשר שילבו בין שיטות מחקר מתקדמות לסימולציות מסוגים שונים.

מנקודת המבט הננומטרית, המראה בחלקה האחורי של העין עשויה גבישים זעירים של גואנין. פרופ' אדדי, פרופ' ויינר ואחרים הראו בעבר כי כאשר גבישים שקופים אלו מאורגנים במבנה רב-שכבתי, הם מסוגלים להחזיר אור; הם גילו מאפיין זה בקשקשי דגים כסופים, בכיסוי המגן של עכבישים ובשכבות חיצוניות של סרטנים. באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים, החוקרים הראו שבמראות העיניים של הסקאלופים, הגבישים הם ריבועים כמעט מושלמים המצפים כאריחים את פני המראה. צוות המחקר ניתח את האריחים בפירוט, וחשף את התכונות האופטיות שלהם, כמו גם את הדרך שבה המבנה הננומטרי של החומר מייצר משטח יעיל להחזרת אור. "האריחים מסודרים באופן דומה למראות הקטנות אשר מרכיבות מראה של טלסקופ מחזיר אור גדול", אומר ד"ר פאלמר. מוסיף פרופ' דן אורון, מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות: "האריחים הריבועיים בעיני הצדפות מאורגנים בצפיפות כזו אשר אינה מותירה מרווחים שעלולים היו ליצור חוסר-מיקוד של קרני אור בתמונה שהם מחזירים".

כל אחת מהעיניים רואה צורות של ממש – ולא רק אור וצל כמו אצל יצורים ימיים רבים אחרים", אומרת פרופ' אדדי. "הן יכולות להבחין בבירור בצורתו של כוכב ים שעלול להתקרב כדי לטרוף אותן"

 הקבוצה גילתה שהמבנה הרב-שכבתי של המראה מחזיר ביעילות את אורכי הגל של האור החודר לבית הגידול של הצדפות – עם החזרי שיא בטווח הכחול של אורכי הגל.

לאחר מכן פנתה הקבוצה לחקור את המבנה התלת-ממדי של עיני הצדפות. יחד עם ד"ר גאווין טיילור מאוניברסיטת לונד, הם בחנו מה קורה לקרן אור העוברת דרך העדשה הדקה וחסרת התפקוד, העין הפנימית ושתי הרשתיות, ולאחר מכן מוחזרת מהמראה אל הרשתיות. הדמיות שעקבו אחר מהלך קרן האור הראו שאור מזוויות כניסה שונות מוחזר באופן ממוקד מחלקים שונים במשטח הקמור של המראה אל אחת משתי הרשתיות. ניתוח זה מצביע על כך שאחת משתי הרשתיות עשויה לשמש לראייה פריפריאלית באור עמום, בעוד השנייה ממוקדת טוב יותר בקו הראייה המרכזי של העין. סימולציות וניסויים נוספים חשפו כי מערכת ראייה זו היא פתרון יעיל להפקת תמונה ממוקדת יחסית בעין הקומפקטית של הצדפה.

"כל אחת מהעיניים רואה צורות של ממש – ולא רק אור וצל כמו אצל יצורים ימיים רבים אחרים", אומרת פרופ' אדדי. "הן יכולות להבחין בבירור בצורתו של כוכב ים שעלול להתקרב כדי לטרוף אותן".

"ראינו רמת שליטה גבוהה מאוד בהכוונת צמיחתם של גבישי הגואנין", מוסיף פרופ' ויינר. "ממדיהן הקטנים של המראות מותירים מעט מאוד מקום לטעויות בעקמומיות שלהן".

 אנחנו עדיין לא יודעים בדיוק מה רואה הסקאלופ דרך 200 העיניים שלה. לצדפה כביכול אין מוח שיכול לעבד את התמונות - אך יש עדות לתיאום כלשהו בין עיניה הרבות"

בעבור החוקרים, אין זה מפתיע שמערכת ראייה כה יוצאת דופן זו התפתחה דווקא באוקיינוס. ראייה הופיעה לראשונה ביצורי האוקיינוס, והתפתחה בכמה צורות ייחודיות. "קשה הרבה יותר לראות מתחת למים מאשר באוויר", מסביר פרופ' אורון, "עדשות עשויות להיות, בסופו של דבר, יעילות יותר למיקוד אור, אבל המראות בעיני הצדפות פועלות היטב באופן מפתיע".

 "אנחנו עדיין לא יודעים בדיוק מה רואה הסקאלופ דרך 200 העיניים שלה", אומרת פרופ' אדדי, "לצדפה כביכול אין מוח שיכול לעבד את התמונות. אך יש עדות לתיאום כלשהו בין עיניה הרבות".

"מלבד חשיפת פעולתה של מערכת אופטית ביולוגית מרתקת זו", אומר ד"ר פאלמר, "המחקר היה ייחודי באופן שבו הוא טווה את ה'סיפור' מנקודות מבט ושיטות שונות. אי אפשר היה להבין איך פועלת המערכת ללא התרומה של כל אחד מאיתנו".

במחקר השתתפו גם ד"ר ולאד ברומפלד וד"ר נדב אלעד מהמחלקה לתשתיות למחקר כימי, ד"ר דביר גור מהמחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא ופיסיקה של מערכות מורכבות, ד"ר מיכל שמש מהמחלקה לביולוגיה מבנית והמחלקה לביולוגיה מולקולרית של התא, ותלמידת המחקר איה אושרוב מהמחלקה לחומרים ופני שטח.