Los sistemas visuales preservados más antiguos se encuentran en los trilobites extintos, euartropodos marinos que existieron entre hace unos 520 y 250 millones de años. Debido a que poseían una cutícula calcificada, tienen un buen registro fósil, y comúnmente las superficies portadoras de lentes de sus ojos compuestos pareados están bien conservadas. Las estructuras sublensares, sin embargo, siguen siendo desconocidas. Se han distinguido tres tipos de ojos. Los ojos holocroales, apomórficos para trilobites, típicamente tienen muchas lentes pequeñas contiguas, colocadas en una superficie visual con forma de riñón. La óptica de lentes, el rango angular de visión y la ontogenia se han establecido para muchos ojos compuestos. Algunos trilobites pelágicos tienen ojos enormes, que dominan un campo de visión panorámico. Los ojos esquizocroales se encuentran solo en un grupo, los facópidos (del Ordovícico al Devónico). Estas tienen lentes grandes, separadas entre sí por material cuticular, y las lentes tienen una estructura interna compleja de doblete o triplete, que podría enfocar la luz con nitidez. La óptica de los ojos facópidos se está volviendo cada vez más conocida a pesar del hecho de que no hay contrapartes directas en ningún artrópodo vivo hoy en día. Los ojos esquizocroales son apomórficos para los facópidos y se derivaron por pedomorfosis de un precursor holocroal. Los ojos abatocroales están confinados a un grupo cámbrico de corta duración, los eodíscidos (de los cuales la mayoría de los representantes eran ciegos). Se sabe menos de ellos que de otros ojos trilobites y sus orígenes siguen siendo oscuros. Algunos grupos de trilobites no tenían ojos, pero tenían otros tipos de órganos sensoriales. En la época del Devónico Superior, varios grupos de trilobites se sometieron de forma independiente a una reducción progresiva de los ojos que condujo a la ceguera, relacionada con las condiciones ambientales prevalecientes de la época. Los últimos trilobites (de edad Carbonífera y Pérmica), sin embargo, tenían ojos holocroales normales, que persistieron hasta la extinción final de los trilobites al final del Pérmico.

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