探秘对虾复眼:解析反射叠加眼成像机制与适应性进化的新视角

【字体: 时间:2025年04月22日 来源:Arthropod Structure & Development 1.7

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  为探究两种近缘对虾(Palaemon elegans 和 Palaemon xiphias)复眼功能形态与光适应模式,研究人员运用光镜和透射电镜进行研究。结果发现二者复眼细胞结构有差异及光适应模式不同。该研究为理解十足目甲壳动物反射叠加眼成像机制提供新见解。

  在奇妙的海洋世界里,虾类的生存离不开其独特的视觉系统。节肢动物的复眼构造复杂,有着多种光学功能,像在明亮环境下的并列光学成像(apposition optics)和在黑暗环境中的叠加光学成像(superposition optics)。对于十足目甲壳动物来说,它们的眼睛在不同环境下如何切换这两种成像模式,一直是科学家们关注的焦点。此前,虽然对一些虾类眼睛有过研究,但大多聚焦于单一物种,缺乏不同物种间精细的比较研究,尤其在进化生态学方面的探讨更是不足。而且,对生活在潮间带不同视觉环境下的十足目动物复眼适应性变化,了解也十分有限。为了填补这些知识空白,来自国外的研究人员开展了一项针对两种潮间带对虾(Palaemon elegans 和 Palaemon xiphias)复眼的研究,该研究成果发表在《Arthropod Structure 》杂志上。
研究人员为了深入了解对虾复眼的奥秘,主要采用了光镜(LM)和透射电镜(TEM)技术。他们从西班牙巴利阿里群岛东北海岸的浅岩石海岸采集了两种对虾样本,对其光适应和暗适应状态下的复眼进行观察和分析。

在研究结果部分,首先是组织学方面。两种对虾的复眼都近似半球形,由约 4000 个小眼(ommatidia)组成,小眼具有方形的角膜面和晶锥。复眼主要由屈光装置(包括角膜和晶锥)和视网膜(由 8 个小网膜细胞组成横纹肌)构成,周围还有不同类型的辅助色素细胞。

接着是暗适应状态下小眼的精细结构组织。角膜由多层角质层薄片组成,晶锥细胞呈方形,其核位于远端,晶锥基质分为三个不同密度的区域。主小网膜细胞(rc1 - 7)围绕着近端的晶锥,它们共同形成主横纹肌,主横纹肌呈带状,具有感知偏振光的能力。第 8 小网膜细胞(rc8)构建了远端横纹肌,其结构独特,能作为紫外线(UV)光受体并保护下方的主横纹肌。辅助色素细胞包括间小眼色素细胞和近端色素细胞,它们分别含有不同类型的色素颗粒,在调节光线方面发挥着重要作用。

然后是光适应过程中小眼的变化。光适应时,晶锥会略微压缩,主横纹肌的形状和大小发生改变,远端横纹肌伸展,色素颗粒重新分布,这些变化有助于实现功能并列光学成像。

此外,研究还发现两种对虾在小眼解剖结构和光适应模式上存在种间差异。P. elegans 的第 8 小网膜细胞的 4 叶结构更发达,远端横纹肌更长;而 P. xiphias 在光适应时,主横纹肌的变化与 P. elegans 不同,其近端色素细胞的反射色素颗粒分布也有所差异。

在讨论部分,研究人员指出,他们首次对这两种对虾的复眼进行了全面的超微结构描述。P. elegans 和 P. xiphias 的主横纹肌结构差异表明,P. elegans 可能更依赖偏振光视觉,这对其在浅岩石池中的生存至关重要;而 P. xiphias 的光适应特征可能与其对阴影环境的偏好有关。同时,第 8 小网膜细胞的结构差异反映了两种对虾对不同光照环境的适应性进化,P. elegans 可能通过扩大第 8 小网膜细胞和远端横纹肌来更好地利用 UV 光。辅助色素细胞中的色素颗粒在光适应过程中的变化也对眼睛的光学性能产生重要影响,如间小眼色素细胞中的脂类色素颗粒、结晶结构和含眼色素的色素颗粒,以及近端色素细胞中反射色素颗粒的分布变化等。

总的来说,这项研究揭示了两种对虾复眼在结构和功能上的差异,以及它们对不同光照环境的适应性进化。研究结果为理解十足目甲壳动物反射叠加眼的成像机制提供了新的视角,也为进一步研究节肢动物视觉系统的进化生态学奠定了基础。它让我们更加深入地认识到,生物在适应环境的过程中,其视觉系统是如何不断演变和优化的,这对于探索生物多样性和生态适应性具有重要意义。

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