Verticale verplaatsing van zoöplankton (larven van onder andere wormen, sponzen en kwallen) is, volgens schattingen, het grootste biomassatransport op aarde. Miljoenen planktondiertjes zwemmen op hetzelfde moment richting het licht (deze verplaatsing heet ‘phototaxis’). Hoe zoöplankton precies de juiste koers bepalen, was tot nu toe nog niet bekend. De diertjes kunnen zich in ieder geval geen goed beeld van de omgeving vormen. Ze hebben wel ogen, maar die zijn ontzettend primitief. De Duitse biologen Detlev Arendt en Gaspar Jekely bestudeerden deze primitieve ogen en het zwemgedrag bij zoöplankton van een marine worm ( Platynereis dumerilii). Zij vonden een aantal verassende resultaten.

De ogen van de larven bestaan slechts uit twee cellen; een photoreceptorcel en een pigmentcel. Met de photoreceptorcel detecteren de zoöplankton een lichtbron. De cel kan binnenkomend licht ook omzetten in een elektrisch signaal. Via een zenuw is de receptorcel verbonden met cellen waaraan cilia verbonden zijn. Zulke cilia vormen de motor van zoöplankton, want zij zorgen ervoor dat de diertjes zich kunnen verplaatsen. Om vooruit te komen slaan de larven met hun cilia op het water. Het elektrische signaal van de photoreceptorcel komt uiteindelijk aan bij de cila en daarmee verandert de frequentie van deze slagbeweging. Arendt en Jekely zagen dat door deze kleine verandering de lokale waterstroming afnam en deze afname is precies genoeg om zoöplankton richting het licht te laten zwemmen.

Van lichtdetectie naar beeldvorming

Maar wat doet de pigmentcel dan precies? Deze cel heeft de controle over de photoreceptorcel. Ook de pigmentcel vangt licht op, maar laat daardoor een schaduw over de photoreceptorcel vallen. De grootte van de schaduw is afhankelijk van de plek waar de lichtbron zich bevind en van de afstand tot de lichtbron. Op deze manier bepaalt de pigmentcel de lichtgevoeligheid van de photoreceptorcel. Wanneer het schaduweffect erg klein is, kan de photoreceptorcel veel licht opnemen en bewegen de zoöplankton met behulp van hun cilia richting de lichtbron. Als er juist een grote schaduw over de receptorcel heen valt, blijft de frequentie van de slagbeweging van de cilia ongewijzigd en verplaatsen zoöplankton zich niet naar de lichtbron toe.

Om er zeker van te zijn dat dit primitieve oogsysteem de beweging van zoöplankton reguleert, voerden de biologen nog een experiment uit. Met behulp van laserlicht maakten zij de photoreceptorcel en pigmentcel van een aantal zoöplankton kapot. Deze diertjes waren inderdaad op geen enkele manier meer in staat om richting het licht te zwemmen. Darwin zag de primitieve ogen van zoöplankton al als het begin van de evolutie van onze moderne ogen. Volgens Arendt en Jekely bevestigt de koppeling tussen de photoreceptorcel en de cellen met cilia deze theorie. Het detecteren van licht is uiteindelijk omgezet naar het vormen van beeld.