Schlangensterne: Sehen mit Kalklinsen

Schlangensterne (Ophiuroideae) bilden zusammen mit Seesternen, Seeigeln, Seewalzen und Haarsternen die Familie der Stachelhäuter (Echinodermata). Sie weisen im Außenskelett am oberen, dem körpernahen Bereich ihrer fünf Arme Kalkplättchen (Calciumcarbonat, Calcit) auf. Diese Ossikel genannten Strukturen schützen den oberen Teil jeder Verbindung der Arme. Jedes dieser Skelettelemente setzt sich aus Calcit-Einkristallen zusammen, die ein dreidimensionales Gitter (Stereom) bilden. Unter den Schlangensternen gibt es Arten, die nicht auf Lichtreize reagieren und solche, die auf z.B. plötzlich auftretende Schatten (Freßfeinde) durch Flucht in dunkle Nischen in der unmittelbaren Umgebung reagieren. Bei Vertretern der ersten Gruppe treten in deren äußerem Erscheinungsbild keine zeitlichen Farbänderungen auf, während Ophicoma wendtii, ein Vertreter der zweiten Gruppe, eine ausgesprochen photosensible Art, bei Tageslicht eine dunkelbraune und bei Nacht eine grau-schwarz gebänderte Färbung zeigt.

AIZENBERG et al. (2001) haben bei Untersuchungen an O. wendtii festgestellt, daß deren Stereom an der Oberfläche mit auffällig großen Calcit-Einkristallen bedeckt sind, die im Querschnitt die Form von Doppellinsen aufweisen. Durch Belichtung einer photosensitiven Unterlage mit unterschiedlichem Abstand zu den Kalk-Doppellinsen von präparierten Ossikeln konnte der fokussierende Effekt nachgewiesen werden. Durch mikroskopische Aufnahmen von Präparaten, in welchen die Kalklinsen herausgelöst worden waren, konnten die Autoren zeigen, daß sich unter den Linsen im Bereich ihres Brennpunkts Nervenbündel befinden. Die Durchmesser dieser Nervenbündel (etwa 2 - 4 µm) stimmen gut mit den experimentell ermittelten fokussierten Abbildungsflächen überein. Den Farbwechsel in O. wendtii interpretieren Aizenberg et al. als Filter, die Farbstoffe regulieren die Lichtintensität, die auf die Linsen trifft.

Die Autoren vermuten aufgrund ihrer Ergebnisse, daß die Felder aus Calcit-Mikrolinsen mit ihrem einheitlichen fokussierenden Effekt zusammen mit den darunterliegenden neuronalen Rezeptoren ein besonderes Photosystem mit Eigenschaften von Komplexaugen darstellen.

In faszinierender Weise sind bei diesen Geschöpfen mechanische Strukturen und optische Elemente aus ein und demselben Material, Calcit, aufgebaut. Diese Beobachtungen liefern staunenswerte Hinweise auf ökonomisch optimierten Einsatz von Materialien in diesen Stachelhäutern und gleichzeitig Impulse und Herausforderungen für technische Entwicklungen.

[AIZENBERG J, TKACHENKO A, WEINER S, ADDADI L, & HENDLER G (2001) Calcitic microlenses as part of the photoreceptorsystem in brittlestars. Nature 412, 819-822.]

HB