Los pulpos, calamares y otros cefalópodos son daltónicos -sus ojos sólo ven el blanco y el negro- pero sus pupilas de extraña forma pueden permitirles detectar el color e imitar los colores de su entorno, según un equipo de investigadores padre e hijo de la Universidad de California, Berkeley, y la Universidad de Harvard.
Durante décadas, los biólogos se han preguntado por la paradoja de que, a pesar de su piel brillantemente coloreada y de su capacidad de cambiar rápidamente de color para confundirse con el fondo, los cefalópodos tienen ojos que contienen sólo un tipo de receptor de luz, lo que significa básicamente que sólo ven en blanco y negro.
¿Por qué un macho se arriesgaría a exhibir sus brillantes colores durante una danza de apareamiento si la hembra no puede verle pero un pez cercano sí – y lo engulle rápidamente? ¿Y cómo podrían estos animales hacer coincidir el color de su piel con el de su entorno como camuflaje si en realidad no pueden ver los colores?
Según el estudiante de posgrado de la UC Berkeley Alexander Stubbs, los cefalópodos podrían realmente ser capaces de ver el color – sólo que de forma diferente a cualquier otro animal.
La clave es una pupila inusual -en forma de U, de W o de campana- que permite que la luz entre en el ojo a través del cristalino desde muchas direcciones, en lugar de ir directamente a la retina.
Los ojos de los humanos y de otros mamíferos tienen pupilas redondas que se contraen hasta convertirse en agujeros de alfiler para darnos una visión nítida, con todos los colores enfocados en el mismo punto. Pero, como sabe cualquiera que haya ido al oftalmólogo, las pupilas dilatadas no sólo hacen que todo esté borroso, sino que crean franjas de color alrededor de los objetos, lo que se conoce como aberración cromática.
Esto se debe a que el cristalino transparente del ojo -que en los humanos cambia de forma para enfocar la luz en la retina- actúa como un prisma y divide la luz blanca en los colores que la componen. Cuanto mayor es la zona pupilar por la que entra la luz, más se reparten los colores. Cuanto más pequeña sea nuestra pupila, menor será la aberración cromática. Las lentes de las cámaras y los telescopios también sufren la aberración cromática, por lo que los fotógrafos reducen sus objetivos para obtener la imagen más nítida con el menor desenfoque de color.
Las inusuales pupilas de los cefalópodos (desde arriba, una sepia, un calamar y un pulpo) permiten que la luz entre en el ojo desde muchas direcciones, lo que reparte los colores y permite a las criaturas determinar el color, aunque sean técnicamente daltónicas. (Fotos de Roy Caldwell, Klaus Stiefel, Alexander Stubbs)
Los cefalópodos, sin embargo, desarrollaron pupilas anchas que acentúan la aberración cromática, dijo Stubbs, y podrían tener la capacidad de juzgar el color enfocando longitudes de onda específicas en la retina, de la misma manera que los animales como los camaleones juzgan la distancia utilizando un enfoque relativo. Enfocan estas longitudes de onda cambiando la profundidad de su globo ocular, alterando la distancia entre el cristalino y la retina, y moviendo la pupila para cambiar su ubicación fuera del eje y, por tanto, la cantidad de desenfoque cromático.
«Proponemos que estas criaturas podrían explotar una fuente omnipresente de degradación de la imagen en los ojos de los animales, convirtiendo un error en una característica», dijo Stubbs. «Mientras que la mayoría de los organismos evolucionan para minimizar este efecto, las pupilas en forma de U de los pulpos y sus parientes los calamares y las sepias en realidad maximizan esta imperfección en su sistema visual al tiempo que minimizan otras fuentes de error de la imagen, difuminando su visión del mundo pero de una manera dependiente del color y abriendo la posibilidad de que obtengan información del color.»
Pupilas en forma de U
Stubbs ha estado fascinado por la paradoja del daltonismo/camuflaje desde que leyó sobre ella en el instituto, y durante las excursiones de buceo a Indonesia y otros lugares experimentó de primera mano lo coloridos que son la sepia, el calamar y el pulpo -y su entorno-.
Se le ocurrió la idea de que los cefalópodos podían utilizar la aberración cromática para ver el color después de fotografiar lagartos que se exhiben con luz ultravioleta, y notar que las cámaras UV sufren de aberración cromática. Se asoció con su padre, el astrofísico de Harvard Christopher Stubbs, para desarrollar una simulación por ordenador para modelar cómo los ojos de los cefalópodos podrían utilizarla para percibir el color. Ambos publicarán su hipótesis en línea esta semana en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
Llegaron a la conclusión de que una pupila en forma de U como la de los calamares y las sepias permitiría a los animales determinar el color en función de si está enfocado o no en su retina. Las pupilas en forma de campana de muchos pulpos funcionan de forma similar, ya que están envueltas alrededor del globo ocular en forma de U y producen un efecto parecido al mirar hacia abajo. Esta puede ser incluso la base de la visión del color en los delfines, que tienen las pupilas en forma de U cuando se contraen, y en las arañas saltadoras.
«Su visión es borrosa, pero la borrosidad depende del color», dijo Stubbs. «Serían comparativamente malos para resolver objetos blancos, que reflejan todas las longitudes de onda de la luz. Pero podrían enfocar con bastante precisión objetos de colores más puros, como el amarillo o el azul, que son comunes en los arrecifes de coral, las rocas y las algas». Parece que pagan un precio muy alto por la forma de su pupila, pero pueden estar dispuestos a vivir con una agudeza visual reducida para mantener el desenfoque dependiente del color, y esto podría permitir la visión del color en estos organismos.»
El calamar de aleta grande de arrecife Sepioteuthis lessoniana cambia vívidamente de color mientras señala a los miembros de su propia especie. (Foto cortesía de Gary Bell/OceanwideImages.com)
«Llevamos a cabo un extenso modelado por ordenador del sistema óptico de estos animales, y nos sorprendió lo mucho que el contraste de la imagen depende del color», dijo Stubbs de Harvard, profesor de física y de astronomía. «Sería una pena que la naturaleza no se aprovechara de esto».
El joven Stubbs revisó exhaustivamente 60 años de estudios sobre la visión del color en los cefalópodos, y descubrió que, mientras algunos biólogos habían informado de la capacidad de distinguir los colores, otros informaban de lo contrario. Los estudios negativos, sin embargo, a menudo probaban la capacidad del animal para ver colores sólidos o bordes entre dos colores de igual brillo, lo que es difícil para este tipo de ojo porque, como con una cámara, es difícil enfocar un color sólido sin contraste. Los cefalópodos son los que mejor distinguen los bordes entre colores oscuros y brillantes, y de hecho, sus patrones de visualización son típicamente regiones de color separadas por barras negras.
«Creemos que hemos encontrado un mecanismo elegante que podría permitir a estos cefalópodos determinar el color de su entorno, a pesar de tener un solo pigmento visual en su retina», dijo. «Se trata de un esquema totalmente diferente al de los pigmentos visuales multicolores que son comunes en los seres humanos y en muchos otros animales. Esperamos que este estudio estimule otros experimentos de comportamiento por parte de la comunidad de cefalópodos.»
Según la nueva teoría, la pupila de la sepia Sepia bandensis maximiza el desenfoque cromático, lo que permite al animal detectar el color. (Foto de Roy Caldwell)
Stubbs señaló que es posible que los cefalópodos no pierdan mucha información sobre el color por tener sólo un tipo de fotorreceptor, ya que los colores rojos son bloqueados por el agua, de modo que sólo una gama reducida de luz óptica penetra realmente en las profundidades donde viven. Tener un fotorreceptor que responda a una amplia gama de colores a esa profundidad les permitiría ver con poca luz y con la pupila totalmente dilatada, mientras que la pupila fuera del eje mantiene el potencial de discriminación espectral en condiciones de alta luminosidad.
Intrigantemente, el uso de la aberración cromática para detectar el color es más intensivo desde el punto de vista computacional que otros tipos de visión del color, como la nuestra, y probablemente requiere una gran cantidad de potencia cerebral, dijo Stubbs. Esto podría explicar, en parte, por qué los cefalópodos son los invertebrados más inteligentes de la Tierra.
El trabajo fue apoyado por el Museo de Zoología de Vertebrados de la UC Berkeley, una beca del Programa de Investigación de Posgrado para Alexander Stubbs, y la Universidad de Harvard.