De broze ster die ziet met zijn lichaam

De lange, kronkelende armen van een broze ster – een verwant van de zeester met barokke neigingen – hebben een verrassende relatie met de rest van zijn lichaam.

De armen functioneren min of meer onafhankelijk, voelen hun eigen omgeving en nemen hun eigen beslissingen over hoe erop te reageren. Ze worden slechts losjes gecoördineerd door een zenuwring in de kern van het dier. Een enkele broze ster is bijna als vijf samengevoegde dieren met een wederzijdse interesse in waarheen te gaan, wat te eten en het maken van kleine broze sterren.

En toch blijkt er nu iets veel vreemders te zijn aan de biologie van ten minste één soort: het hele lichaam van Ophiocoma wendtii blijkt in staat een wazig maar bruikbaar beeld te vormen, als een wriemelig maar vreemd schattig Oog van Sauron.

Het wordt vreemder.

Dit zicht over het hele lichaam gaat ’s nachts uit, wanneer de gevoeligheid van het dier voor licht paradoxaal genoeg toeneemt, en zijn kastanjebruine lichaam beige wordt. Hoe en waarom dit dier deze vreemde eigenschappen bezit, was het onderwerp van een studie die in januari in Current Biology is gepubliceerd.

Om te kunnen zien, hebben biologen ruimtelijk zicht nodig. Het is niet genoeg om alleen licht waar te nemen; men moet een beeld vormen. Bijna alle dieren kunnen licht waarnemen. Minder dieren kunnen zien.

Traditioneel was het vrij duidelijk wie kon zien en wie niet, want een schepsel had ogen of het had er geen. Onlangs realiseren ongewervelde biologen zich echter dat ogen optioneel kunnen zijn voor visie.

In 2018 meldden wetenschappers dat de stekelige zee-egel Diadema africanum blijkbaar in staat is om beelden op te lossen zonder ogen-een concept dat “extraoculair zicht” wordt genoemd. Ze begrepen echter niet hoe.

Toen begon een team van Europese en Amerikaanse wetenschappers onder leiding van Lauren Sumner-Rooney van het Oxford University Museum of Natural History te vermoeden dat, ondanks een opvallend gebrek aan ogen, O. wendtii ook kon zien.

Ze testten dit door de broze sterren in het midden van arena’s te plaatsen, omgeven door muren met zwarte balken aan één kant om beschutting te simuleren. Er kwamen meer broze sterren bij de zwarte balken terecht dan op grond van toeval verwacht zou worden. De aan het donker aangepaste beige O.wendtii waren echter niet in staat deze zwarte balken te vinden in een hoger tempo dan het toeval, of ze nu werden voorzien van fluorescente verlichting of van daglicht, waardoor lichtintensiteit of circadiane ritmen als verklaring lijken te worden uitgesloten.

Deze gedragscombinatie was bijzonder raadselachtig omdat een nauwe verwant, O.pumila, over dezelfde licht-detecterende apparatuur beschikt, maar wanneer deze dieren in dezelfde arena’s worden geplaatst, eindigen ze willekeurig verspreid op elk moment van de dag. Zij zijn blind.

Het team wist echter dat de lichamen van beide broze sterren bezaaid zijn met lichtreceptoren die opsines worden genoemd. O. pumila kan misschien niet zien, maar hij kan wel licht waarnemen; wanneer hij aan licht wordt blootgesteld, verbergt hij zich in zand of spleten, precies waar hij is. O.wendtii, daarentegen, vlucht naar de dichtstbijzijnde schuilplaats. Het enige duidelijke verschil is dat O. pumila nooit rood is. Wat voor verschil zou rood zijn voor het zien kunnen maken?

Om een beeld te kunnen vormen, heeft een lichtreceptor richtingsgevoeligheid nodig. Als je niet kunt zien uit welke richting het licht komt, kun je niet veel afleiden over hoe de wereld er op een bepaalde plaats uitziet. Bijgevolg is de eerste vereiste voor visie na lichtdetectie een soort screeningsmechanisme, zodat een gegeven receptor weet dat het licht dat van deze bepaalde plek komt in deze hoeveelheid aankomt.

Eén methode om licht af te schermen is (duh) zonnebrandcrème. Pigment is een natuurlijk zonnescherm, en O. wendtii is overdag bedekt met rode pigmentpakketjes die chromatoforen worden genoemd. s Nachts trekken de chromatoforen zich terug. Toen de wetenschappers beide soorten broze sterren scanden en het gezichtsveld van de lichtsensoren van elk dier maten, ontdekten ze dat ingezette pigmentpakketten het gezichtsveld vernauwen door het licht fysiek te blokkeren. De hoekopening versmalt van ongeveer 118 graden tot 68 graden bij O. wendtii als de chromatoforen oplichten.

Als de lichtsensoren van O. wendtii richtingsgevoelig zijn, verklaart dat hoe de array die wijd verspreid is over hun hele lichaam een beeld kon vormen. Zijn hele lichaam is inderdaad een oog. Maar het gevormde beeld zou voor ons wel eens heel vreemd kunnen zijn. Een broze ster is geen bal, zoals een zee-egel. Het zijn vijf weerbarstige armen die vastzitten aan een verzoenende kern. Hoe kan een mens zich zelfs maar voorstellen hoe het beeld dat door zo’n array wordt gevormd eruit zou kunnen zien?

De wetenschappers probeerden een beeld van een rif te reconstrueren op basis van de resolutie die zij hebben gemeten. In het beste geval verschijnt een wazige balk van donkergrijs tegen een lichtgrijze achtergrond. Cru, om zeker te zijn, maar misschien genoeg voor een gemotiveerde broze ster om de zo belangrijke Minimum Locatie te bereiken om niet opgegeten te worden.

Omdat chromatoforen licht blokkeren, verklaart dat ook waarom hun algemene lichtgevoeligheid ’s nachts verbetert, wat handig is omdat zicht dan misschien toch onmogelijk is.

Het is intrigerend dat dieren met zo’n vreemd systeem om hun wereld waar te nemen, behoren tot de belangrijkste diergroep die de naaste verwant is van gewervelde dieren. Veel meer ver verwante dieren – de machtige geleedpotigen (b.v. insecten en kreeften) en weekdieren (b.v. octopus en inktvis) – hebben ogen. Zelfs sommige zeesterren hebben echte ogen: samengestelde ogen die in hun buisvoeten zijn geperst, of eenvoudige ocelli (de druk om goed te zien is voor zeesterren wellicht groter omdat zij actieve jagers zijn).

Om zo’n alternatief zichtsysteem te ontdekken bij niet slechts één, maar twee van zulke nauwe verwanten (zee-egels, net als broze sterren, zijn stekelhuidigen) lijkt verrassend en contra-intuïtief. Aan de andere kant is het ook verrassend, zoals al vele malen is opgemerkt, dat een groep dieren met radiale symmetrie en een schijnbare nonchalance om in tweeën te worden gehakt, de naaste grote verwant van gewervelde dieren is.

Van de gewervelde dieren hebben veel vissen, amfibieën en reptielen een derde oog, en minstens één had een vierde. Platvissen hebben ogen die rond hun lichaam bewegen. Veel gewervelde dieren, waaronder zoogdieren, bezitten lichtreceptoren los van hun ogen. Als een gewerveld dier om een of andere reden radiale symmetrie had aangenomen, zouden we dan even verrassende manieren van zien in onze eigen gelederen hebben gezien?