Die ältesten erhaltenen visuellen Systeme finden sich in den ausgestorbenen Trilobiten, marinen Euarthropoden, die vor etwa 520 bis 250 Millionen Jahren existierten. Weil sie eine verkalkte Kutikula besaßen, Sie haben einen guten Fossilienbestand, und häufig sind die linsentragenden Oberflächen ihrer gepaarten Facettenaugen gut erhalten. Die sublensaren Strukturen bleiben jedoch unbekannt. Es wurden drei Arten von Augen unterschieden. Holochroale Augen, apomorph für Trilobiten, haben typischerweise viele zusammenhängende kleine Linsen, die auf einer nierenförmigen visuellen Oberfläche angeordnet sind. Linsenoptik, Winkelbereich und Ontogenese wurden für viele Facettenaugen etabliert. Einige pelagische Trilobiten haben enorme Augen, die ein Panorama-Sichtfeld bieten. Schizochroale Augen kommen nur in einer Gruppe vor, den Phakopiden (Ordovizium bis Devon). Diese haben große Linsen, die durch kutikuläres Material voneinander getrennt sind, und die Linsen haben eine komplexe Dublett- oder Triplett-Innenstruktur, die das Licht scharf fokussieren könnte. Die Optik von Phakopidenaugen wird immer bekannter, obwohl es heute bei lebenden Arthropoden keine direkten Gegenstücke gibt. Schizochroale Augen sind apomorph für Phakopiden und wurden durch Pädomorphose von einem holochroalen Vorläufer abgeleitet. Abathochroale Augen sind auf eine kurzlebige kambrische Gruppe beschränkt, die Eodisciden (von denen die meisten Vertreter blind waren). Über sie ist weniger bekannt als über andere Trilobiten-Augen und ihre Herkunft bleibt unklar. Einige Trilobiten-Gruppen hatten keine Augen, aber andere Arten von Sinnesorganen. In der oberdevonischen Zeit wurden mehrere Gruppen von Trilobiten unabhängig voneinander einer fortschreitenden Augenverkleinerung unterzogen, die zu Erblindung führte, im Zusammenhang mit den vorherrschenden Umweltbedingungen der Zeit. Die letzten Trilobiten (aus dem Karbon- und Perm-Zeitalter) hatten jedoch normale holochroale Augen, die bis zum endgültigen Aussterben der Trilobiten am Ende des Perms anhielten.

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