Synssystemets udvikling hos de fleste hvirvelløse dyr begynder med differentiering af fotoreceptorer i et ektodermisk epitel. Fotoreceptorer differentieres generelt uafhængigt af de nervecentre, som de innerverer, og perifert afledte visuelle interneuroner er en undtagelse. Dette står i modsætning til hvirveldyr, hvor “nethinden” opstår fra en embryologisk udvækst af forhjernen, som danner flere klasser af interneuroner samt fotoreceptorer. Det meste af det, vi ved om de genetiske og molekylære grundlag for udviklingen af det visuelle system hos hvirvelløse dyr, stammer fra undersøgelser af de sammensatte øjne hos frugtfluen Drosophila melanogaster. Mens dette fokus på et enkelt modelsystem belønner os med dybden af vores forståelse af udviklingsmekanismer, har det givet anledning til et betydeligt hul i vores ofte rudimentære viden om andre fortjenstfulde grupper: blæksprutter, pektinide kammuslinger, edderkopper, cubomedusaner og salper, for blot at nævne nogle få, der alle har avancerede øjne. Det samme gælder for udviklingen af neuronale forbindelser inden for synscentrene i hjernen (figur 1). Også her er Drosophila den foretrukne hvirvelløse model til at klarlægge de underliggende molekylære mekanismer. Vores forståelse af mange aspekter af hvirvelløse dyrs visuelle systemudvikling må imidlertid omfatte viden ikke kun om leddyrs sammensatte øjne, men også om så forskellige øjne som f.eks. de højt udviklede enkeltlinseøjne hos blæksprutter eller forfædres øjenæbleøjne i former som planarier.
Figur 1. Oversigt over udviklingen i det visuelle system hos Drosophila melanogaster, set i trin med gradvis finere cellulær opløsning. (a) Øjet udvikler sig fra en øjenskive, der er forbundet med en optisk stilk (dobbelte pilespidser) til den udviklende optikallap i den supraesophageale hemisfære, eller ganglion, i larvehjernen. (b) Den optiske stilk (os) trænger ind i den supraøsofageale ganglion (seg) i midten af den halvmåneformede ydre optiske anlage (ooa). Med den senere udvikling åbner anlagets arme sig i den retning, der er markeret med “X”, og omdanner de cortex, som det giver anledning til, fra cirkulære til rektangulære former. Den ydre anlage og den koncentriske indre optiske anlage (ioa) er vist i forhold til det sted, hvor den optiske stilk går ind i den højre halvkugles posterolaterale overflade. Neuroblaster og andre progenitorceller i anlagerne formerer sig i pilespidsernes retning og bidrager med tidssorterede lag af celler til laminaen (lamina-formende neuroblaster; lafn), medullaen (mfn) og den tredje optiske neuropil (lobula; lofn). Et stratum (vist skraveret i hver cortex) blev dannet på samme tid og er blevet fortrængt af nyere strata i den respektive cortex (lan, lamina neuropil; mn, medulla neuropil). Forholdet mellem disse cellepopulationer er tydeligst i tværsnit (i diagram c). (c) Forholdet mellem generationen af cellekortikler i diagram b og de axonale baner, der vokser mellem dem, i et vandret plan af diagram b, der illustrerer det tætte forhold mellem bølgerne af imaginær fotoreceptorinnervation og vejen for larvens Bolwig-nerve (Bn). Denne løber fra den indre side af den peripodiale membran (pm) til lamina plexus (Lap) og medulla (Me) via den optiske stilk (os). Den og/eller axonerne fra tre optikallappens pionerer (olp), postulerede interneuroner, innerverer en larvelig optisk neuropil (lon), som er forbundet med den centrale hjerne via en vej (X), der foregriber den bageste optiske kanal (posterior optic tract). Nye ommatidialgrupper (o) ophobes bag den morfogenetiske fure (mf) og bidrager med nye axonbundter, der fascikulerer på tidligere forlængede axoner i den optiske stilk med den forreste udvidelse af det retinale felt (pil 1). Underliggende cellepopulationer udvider sig i tilsvarende retninger: pil 2, lamina cortex (LaC); pil 3, medulla (Me) og medulla cortex (MeC); pil 4, lobula (Lo) og lobula plade cortex (LoPC). Cellerne føjes til lamina cortex fra den ene side af den ydre optiske anlage (ooa), den laterale proliferationszone (A), og til medulla cortex fra den anden side, den mediale proliferationszone (B). De første efterkommere fra B er tidlige medulla tangentialer (MeT), vækstkegler, som væver sig gennem medulla og skærer nye kolonnale elementer, der vokser ved den forreste kant. Andre tangentialbaner svarer til de senere baner for den forreste optiske kanal (Y) og de tangentialceller fra lobula-tangentialceller (Z). Den indre optiske anlage (ioa) formerer sig i to retninger: i retning C for at generere celler ind i lobulapladens cortex og i retning D for at generere celletyperne T2, T3 eller C, som kun vurderet ud fra somataernes placering i den voksne optikallap. Axoner af celleefterkommere og deres vækstkegler danner et plexus for hver cortex, som i sidste ende vil danne den voksne neuropil. Krydsning af fiberbundter mellem lamina og medulla skyldes den selektive fasciculering af fiberbaner i en sekvens af innervation som et transportbånd og af tilnærmelsesretningen mellem bundt og plexus. (Bundlerne trænger ind i lamina cortex for at innervere dens plexus, men vokser langs medulla cortex’ indre kant for at innervere medulla). Store gliaceller ligger langs fibrenes baner i det eksterne chiasma (ext.ch) og det interne chiasma (int.ch); sg, subesophageal ganglion. (d) Proliferation fra den laterale proliferationszone i den ydre anlage (se diagram c). Cellerne flyttes gradvist fra neuroblaster i den ydre anlage i en række forskellige stadier i deres cellecyklus (G2/M, G1, S, G2/M) omkring anlagets læbe. Postmitotiske celler ligger i lamina cortex (LaC), hvor de innerveres af fotoreceptor-axonbundter (pilespidser) fra den optiske stilk (os), som udløser overgangen fra G1 til S i cellerne i den tilstødende anlage (udfyldt pil) samt starten på differentiering og axonogenese i celler, der allerede er postmitotiske (åben pil). (e) Ommatidialklynger modnes i øjenskive, bag den morfogenetiske fure (mf), set i elevation (tydelige profiler) og tilsvarende tværsnit, hvor kerner er skraveret. Pilene angiver retningerne for kernevandring, der er tilpasset i par af fotoreceptorer R1-R8 (mærket 1-8). Tværsnit fra a (yngste) til f (ældste) viser forklumper (a, b), umodne (c) og symmetriske (d) ottecelleklumper samt tokeglecelle- (e) og firekeglecelle- (f) stadier. Kegleceller er mærket med “C.” (f) R1-R8 i ommatitdial klynge (svarende til tværsnit c i diagram e) består af to centrale celler (R8, R7) og tre par (R2/R5, R3/R4, R1/R6). Induktion i R1-R6 involverer et signal fra R2/R5, der afhænger af ekspression af rough (ro) for at inducere udvikling i R3/R4; rough-produktet forekommer også i R3 og R4. De fire celler, der definerer den anden symmetrilinje (R3, R4, R1 og R6), kræver alle udtryk af sevenup (svp) for at opnå deres normale skæbne. (c) Modificeret fra Meinertzhagen IA (1973) Development of compound eye and optic lobe in insects. In: Young D. (red.) Developmental Neurobiology of Arthropods, pp. 51-104. Cambridge, UK: Cambridge University Press. (d) Modificeret fra Selleck SB, Gonzales C, Glover DM, et al. (1992) Regulation of the G1-S transition in postembryonic neuronal precursors by axon ingrowth (Regulering af G1-S-overgangen i postembryonale neuronale forstadier ved axonindvækst). Nature 355: 253-255. (e, f) Modificeret fra Wolff T og Ready DF (1993) Pattern formation in the Drosophila retina. In: Bate M og Martinez Arias A (eds.) The Development of Drosophila melanogaster, pp. 1277-1325. Plainview, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press, med tilladelse fra forfatterne og Cold Spring Harbor Press.