Завораживающие, независимо движущиеся глаза хамелеона очаровывали и сбивали с толку ученых еще со времен Древней Греции. После тысячелетий спекуляций и исследований современные технологии визуализации наконец раскрыли секрет их почти 360-градусного зрения и способности смотреть в двух направлениях одновременно: за каждым выпуклым глазом находится уникальный длинный спиральный зрительный нерв, который никогда не встречался у других ящериц.

«Глаза хамелеонов подобны камерам наблюдения, которые могут двигаться во всех направлениях», — сказал Хуан Даса, доцент Государственного университета Сэма Хьюстона и автор последнего исследования. «Когда они ищут добычу, их глаза могут работать независимо. Как только цель будет найдена, два глаза будут координировать свои действия, указывая в одном направлении, чтобы вычислить местоположение языка».

Хотя быстрый и проворный взгляд хамелеона легко обнаружить, его внутреннее устройство долгое время оставалось загадкой. В 2017 году Эдвард Стэнли, директор лаборатории цифровой визуализации Музея естественной истории Флориды, с помощью компьютерной томографии в лаборатории Даса наблюдал необычную спиральную структуру в зрительном нерве Brookesia minima, с которой он никогда раньше не сталкивался.

Оба исследователя поначалу были настроены скептически. Поскольку хамелеонов препарировали и изучали так много раз, им было трудно поверить, что они первыми откроют эту скрытую черту. «Я был удивлен самой структурой и еще больше удивлен тем, что никто не заметил ее раньше», — сказал Даза. «Хамелеоны широко изучаются и имеют долгую историю исследований в области анатомии».

Хамелеоны, населяющие Африку, Европу и Азию, развили уникальные приспособления для жизни на деревьях. Их хвосты могут хвататься за ветки, как руки, а конечности ловкие, как перчатки, что позволяет им медленно передвигаться по верхушкам деревьев. Хамелеоны не известны своей скоростью, но у них есть мощный пружинящий язык, который может разогнаться с места до 60 миль в час всего за 0,01 секунды. Язык может быть в два раза длиннее тела, поэтому ловит насекомых практически мгновенно.

Уникальная форма и спиральный хвост хамелеона также хорошо видны на древнеегипетских петроглифах. Исследовательская группа считала, что соответствующие описания следует найти в различных документах, поэтому они тщательно изучили старые документы и попросили лингвистов перевести их на французский, итальянский и латынь.

Две тысячи лет назад греческий философ Аристотель ошибочно полагал, что у хамелеонов нет зрительного нерва и что их глаза напрямую связаны с мозгом, что позволяет им передвигаться самостоятельно. Римский врач 17 века Доменико Панароли считал, что у хамелеонов есть зрительные нервы, но они не скрещены, как у других животных. Поэтому он предположил, что глаза хамелеона могут свободно двигаться. Ньютон также неоднократно упоминал хамелеонов в своей книге «Оптика» и принял теорию Панароли. В 1669 году французский анатом Клод Перро нарисовал точное изображение зрительного нерва, пересекающего и продолжающегося по прямой линии. К сожалению, тогда это все проигнорировали.

В 1842 году Джон Фишер в своем исследовании мозга и нервов ящериц также показал часть спиральной структуры, но она не была полностью отражена на схеме и не была подробно описана. В 2015 году студент магистратуры Хайфского университета Лев-Ари Тидар в своей статье описал С-образную структуру зрительного нерва хамелеона, показав, что ранее научному сообществу не удавалось полностью раскрыть эту тайну.

Почему ученым так долго не удавалось обнаружить истинную форму зрительного нерва хамелеона? Ключ кроется в компьютерной томографии и открытых данных. Традиционные методы диссекции часто разрушают или смещают зрительный нерв, что затрудняет визуализацию структуры. Передовая технология рентгеновской компьютерной томографии теперь широко доступна, что позволяет ученым напрямую наблюдать внутреннюю структуру образцов, не повреждая их.

Используя платформу цифровых 3D-данных о позвоночных oVert (openVertebrate), исследовательская группа проанализировала более 30 видов ящериц и змей, в том числе 3 вида хамелеонов, и сравнила морфологию их зрительных нервов. В результате у всех хамелеонов зрительные нервы значительно длиннее и запутаннее.

Дальнейшие исследования также показали, что эта уникальная структура постепенно формируется во время эмбрионального развития хамелеонов. Зрительный нерв на самой ранней стадии прямой, а перед вылуплением постепенно удлиняется и закручивается по спирали. При вылуплении глаза могут свободно двигаться.

На долговременном эволюционном уровне трудно определить конкретное время, когда эта особенность впервые появилась у хамелеонов. Самые ранние окаменелости хамелеонов датируются периодом от 16 до 23 миллионов лет назад, и многие древесные характеристики эволюционировали. Новые результаты помогают ученым рассуждать о том, почему возникла эта структура.

У животных с большими глазами обычно есть два способа расширить поле зрения: поворачивать шею или поворачивать глаза. Совы и лемуры относятся к первой категории, в то время как у таких животных, как человек, развились растяжимые зрительные нервы. У грызунов также есть волнистые нервные волокна, которые обеспечивают гибкость.

Учитывая, что хамелеоны имеют ограниченные движения шеи, извилина зрительного нерва, вероятно, является попыткой снять физический стресс, вызванный большими движениями глаз. Это редкая эволюция, похожая на нервную форму стебельчатой ​​мухи. Даза ярко сказал: «Так же, как провода старого телефона, они изначально были соединены по прямой линии. Позже кто-то изобрел спиральную структуру для облегчения движения. То же самое справедливо и для зрительного механизма хамелеона, который использует нервные катушки для увеличения пространства для движения глазных яблок».

Ученые говорят, что, несмотря на тысячи лет наблюдений и исследований, животный мир все еще имеет множество загадок, на которые предстоит ответить. В будущем они также будут изучать, имеют ли другие древесные ящерицы схожие эволюционные структуры.

«Научные гиганты, такие как Ньютон и Аристотель, на протяжении веков вдохновляли учёных-естествоиспытателей», — сказал Стэнли. «Мы очень рады, что можем сделать новый шаг в понимании странной структуры хамелеонов».

Составлено из /ScitechDaily