隨著DNA測序的優勢越來越多，辛辛那提大學的生物學家正在解開複雜的蜘蛛視覺世界背後的許多進化的奧秘。
密切關注這些偷窺者如何發展和運作的神秘基因藍圖正在幫助研究人員看到未來研究的巨大機遇。新的研究可能包括基因治療人類的視力問題，如黃斑變性或視網膜癌。
為了得到這些可能性，科學家，如生物學助理教授內森莫爾豪斯（Nathan Morehouse），不得不在五億年前就把目光投向了寒武紀時期，以此來看待蜘蛛眼基因的進化。
「我們發現，我們從沒有眼睛的柔軟古老的水生節肢動物，或者至少沒有化石化的眼睛，突然看起來像我們今天在昆蟲和陸地動物上看到的眼睛，基本上Morehouse說：「這些階段之間沒有任何關係。
而「突然間」莫爾豪斯正在談論5000萬年的一個小演變時期。
「但是對於化石記錄來說，5000萬年是非常短暫的時間，就像我們今天所看到的一樣，從無到有眼。」他補充說。
雖然原始的蜘蛛和昆蟲作為兩個完全獨立的群體來到陸地上，但它們可能已經帶著一些與建立他們的眼睛相同的發展模式。
Morehouse說：「我們可以用昆蟲的新基因證據作為識別控制蜘蛛眼睛發育的重要基因的起點。「這將激發蜘蛛生物學家和一般對視覺感興趣的人們思考建立更好視覺的新方法，但我們還沒有建立有機眼睛的工程解決方案，但希望這是我們的未來。
莫爾豪斯在1月份的舊金山2018學會綜合與比較生物學會議上介紹了他在蜘蛛視覺發育遺傳學上的發現。
這項研究也是最近在「 生物公報 」 雜誌上發表的一個更大的項目的一部分，該雜誌的名稱是Morehouse的「蜘蛛視覺的分子進化：新的機會，熟悉的玩家」 UC生物學教授Elke Buschbeck; 加州大學生物系博士後Daniel Zurek和馬諾亞夏威夷大學的研究人員。
花哨的遠見
這項合作研究有助於描述蜘蛛如何從一個古老的節肢動物進化而來，這個節肢動物有一個複雜的眼睛，有很多方面 - 六角形的光敏感單位，構成一個複眼 - 只有幾個方面的多個眼睛。
研究人員說，他們做這件事的方法之一就是拍攝一些方面或視覺細胞，然後在鏡頭頂端融合一個鏡頭。另一種是在胚胎發育過程中採取一個單一的方面，只是把它做大，然後在下面添加更多的光敏細胞。
Buschbeck說：「我們認為，在5億年前的寒武紀時期，古老的節肢動物有兩隻有點像現代果蠅的大眼睛。「但是在蜘蛛的進化點和時間，複眼可能會分裂成前方的一對內側或中央的眼睛和頭部側面的一對側面複眼，但根據我們發現的證據，可能保留了古老的基因網絡來建造它們。「
雖然已知昆蟲和蜘蛛在寒武紀時期同時進化，莫爾豪斯說，他們在完全不同的地方結束了。他們使用相同的基本工具包來構建自己的眼睛，但基因的確切細節略有不同。
Morehouse說：「多年的仔細發育遺傳學向我們展示了果蠅是如何從相互作用的基因網絡構建複眼和內眼的。「所以我們看看這些基因在蜘蛛中的作用是否完全相同，或者角色是否發生了變化，而在蜘蛛中，我們確實發現至少在粗糙的拷貝中仍然存在相同的藍圖！
視覺藍圖
這種現象也為微型八眼生物帶來了重要的後果，莫爾豪斯說，一旦鏡頭放在上面，他們就不能在視網膜上添加更多的感光細胞。研究人員在仔細觀察發育中的視網膜細胞之後發現，當小的胚胎完全融合了他們所需要的所有視網膜細胞後，蜘蛛會建立他們的眼睛，然後將鏡頭放在上面。
那麼他們是如何解決大量的視網膜細胞緊密堆積在成人蜘蛛大小的十分之一的問題呢？
事實證明，密集的細胞比它們的透鏡能夠實際解析的像素更少，導致在空間中多次採樣相同的點而不是一次。但是小章魚可能不得不執行不尋常的光學技巧來處理模糊的視覺。研究人員說，這不是「最聰明」的方法。照相機設計者試圖將照相機傳感器的解析度與鏡頭的解析度相匹配。
莫爾豪斯說：「這裡最令人著迷的一個見解就是，因為我們了解它們如何構建這些眼睛的遺傳基礎，我們可以理解他們為什麼要把所有這些視網膜細胞放到這個小動物身上。」 「從嚴格的視覺角度來看，這是一個愚蠢的想法，成為這個5億年前節肢動物藍圖的一部分。」
需要這樣的基礎研究來了解錯綜複雜的基因發育，但研究人員說，這為未來的生物技術開闢了一些非常酷的機會。
眼睛不健康的寶寶
他補充說：「如果我們沒有早期的懷疑，我們就不會計算這些小孩的視網膜細胞數量。」
研究人員發現，儘管尺寸不足，細胞擁擠，但研究人員發現，少年們正在做大佬們所能做的許多複雜的事情，例如破解蚊子與蒼蠅等不同種類的獵物。
儘管莫爾豪斯將這項研究描述為了解這種構建眼睛的優勢和障礙的開始階段，但他認為模仿微小視覺系統生產傳感器的機會比目前常規使用的要小。
莫爾豪斯說：「如果我們必須建立一個小型的鏡頭，小於現在的任何一種傳感器，而且小到可以被容易地吞下來作為內窺鏡工作的避孕藥，那麼這些蜘蛛就有可能導致我們從未想像過的生物技術。
「這些蜘蛛已經做了一些非常聰明的事情，他們的鏡頭，他們的視網膜的形狀和他們的視網膜細胞的大小，幫助他們克服難以置信的挑戰。
其他令人驚訝的發現揭示了蜘蛛幼年時期視網膜細胞死亡的獨特模式。當視網膜細胞死亡時，他們更有可能死於視網膜的中心而不是周邊，研究人員說，這正是人類隨著年齡增長和黃斑變性的問題。
Morehouse和Buschbeck說：「因為我們發現在餵食不良飲食時跳躍蜘蛛發生了這些變化，所以我們可能會發現一些能夠幫助我們更好地了解黃斑變性和其他以人為中心的問題的事情。
蜘蛛在火星上的視野
雖然這個項目仍然被認為是基礎科學，但莫爾豪斯把基礎科學解釋為僅限於自然的創造力。
他指出火星漫遊者是一個使用靈感來自跳躍蜘蛛視覺的光學的例子。先前的研究揭示了跳躍蜘蛛如何通過在鏡頭後面移動傳感器，從小視覺系統中獲得更好的敏銳度。這啟發了美國航空航天局建立一個傳感器的流動者在其相機鏡頭後面移動，現在在火星上提供更好的成像。
莫爾豪斯說：「我們在這裡所做的是利用有關蜘蛛古代歷史的信息來尋找參與視覺的基因，並且我們發現我們許多受過教育的猜測都是正確的。「蜘蛛中有許多昆蟲也有遺傳上的相似之處，這就開闢了一整套新的工作來理解蜘蛛視覺雖然獨一無二，可能與我們從哺乳動物的視覺所知道的相似或不同。
「事實上，從果蠅的工作中得到的見解有助於人類的健康，所以我們接下來可以從蜘蛛學習人類視覺。」