Os polvos, lulas e outros cefalópodes são daltónicos – os seus olhos vêem apenas preto e branco – mas os seus alunos com formas estranhas podem permitir-lhes detectar a cor e imitar as cores do seu fundo, de acordo com uma equipa pai/filho de investigadores da Universidade da Califórnia, Berkeley, e da Universidade de Harvard.
Durante décadas, os biólogos têm confundido sobre o paradoxo de que, apesar da sua pele brilhantemente colorida e capacidade de mudar rapidamente de cor para se misturarem no fundo, os cefalópodes têm olhos contendo apenas um tipo de receptor de luz, o que basicamente significa que eles vêem apenas preto e branco.
Por que um macho correria o risco de flashar suas cores brilhantes durante uma dança de acasalamento se a fêmea não pudesse sequer vê-lo, mas um peixe próximo poderia – e rapidamente engoli-lo para baixo? E como estes animais poderiam combinar a cor da sua pele com o seu ambiente como camuflagem se eles não podem realmente ver as cores?
De acordo com o estudante de pós-graduação da UC Berkeley Alexander Stubbs, os cefalópodes podem realmente ser capazes de ver a cor – de forma diferente de qualquer outro animal.
A chave é uma pupila incomum – em forma de U, em forma de W ou de haltere – que permite que a luz entre no olho através da lente de muitas direções, ao invés de apenas diretamente na retina.
Os olhos humanos e de outros mamíferos têm pupilas redondas que se contraem em forma de pinholes para nos dar uma visão nítida, com todas as cores focadas no mesmo ponto. Mas como qualquer pessoa que tenha ido ao oftalmologista sabe, as pupilas dilatadas não só tornam tudo desfocado, como também criam franjas coloridas em torno dos objetos, o que é conhecido como aberração cromática.
Isso porque a lente transparente do olho – que em humanos muda de forma para focalizar a luz na retina – age como um prisma e divide a luz branca em suas cores componentes. Quanto maior a área pupilar através da qual a luz entra, mais as cores são espalhadas. Quanto menor a nossa pupila, menor a aberração cromática. As lentes da câmera e do telescópio também sofrem de aberração cromática, razão pela qual os fotógrafos param em suas lentes para obter a imagem mais nítida com o menor embaçamento de cor.
As pupilas incomuns dos cefalópodes (de cima, um choco, lula e polvo) permitem que a luz entre no olho a partir de várias direções, o que espalha as cores e permite que as criaturas determinem a cor, mesmo que tecnicamente sejam daltônicas. (Fotos de Roy Caldwell, Klaus Stiefel, Alexander Stubbs)
Cefalópodes, no entanto, evoluíram pupilas largas que acentuam a aberração cromática, disse Stubbs, e podem ter a capacidade de julgar a cor trazendo comprimentos de onda específicos para um foco na retina, muito da forma como animais como camaleões julgam a distância usando um foco relativo. Eles focam esses comprimentos de onda mudando a profundidade do globo ocular, alterando a distância entre a lente e a retina, e movendo a pupila ao redor para mudar sua localização fora do eixo e, assim, a quantidade de borrão cromático.
“Nós propomos que essas criaturas possam explorar uma fonte onipresente de degradação da imagem nos olhos dos animais, transformando um bicho em uma característica”, disse Stubbs. “Enquanto a maioria dos organismos desenvolve formas de minimizar este efeito, as pupilas em forma de U do polvo e seus parentes lulas e chocos maximizam esta imperfeição em seu sistema visual, enquanto minimizam outras fontes de erro de imagem, desfocando sua visão do mundo, mas de uma forma dependente da cor e abrindo a possibilidade para eles de obterem informações de cor.”
Pupilas em forma de U
Stubbs tem sido fascinado pelo paradoxo de color blind/camouflage desde que leu sobre isso na escola secundária, e durante as excursões de mergulho na Indonésia e em outros lugares experimentou em primeira mão o quão coloridos são os chocos, lulas e polvos – e seus arredores.
Ele teve a ideia de que os cefalópodes podiam usar a aberração cromática para ver cores depois de fotografar lagartos que se exibem com luz ultravioleta, e notando que as câmaras UV sofrem de aberração cromática. Ele se uniu ao seu pai, o astrofísico de Harvard Christopher Stubbs, para desenvolver uma simulação em computador para modelar como os olhos dos cefalópodes poderiam usar isso para sentir a cor. Os dois publicarão suas hipóteses online esta semana na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
Concluíram que uma pupila em forma de U como a de lulas e chocos permitiria aos animais determinar a cor com base se ela estava ou não focada em sua retina. As pupilas em forma de U de muitos polvos funcionam de forma semelhante, uma vez que estão enroladas à volta do globo ocular em forma de U e produzem um efeito semelhante quando se olha para baixo. Isto pode até ser a base da visão colorida em golfinhos, que têm pupilas em forma de U quando contraídas, e aranhas saltadoras.
“A visão deles é desfocada, mas a desfocagem depende da cor”, disse Stubbs. “Eles seriam comparativamente maus na resolução de objetos brancos, que refletem todos os comprimentos de onda da luz”. Mas eles poderiam focar com bastante precisão em objetos que são cores mais puras, como amarelo ou azul, que são comuns em recifes de coral e rochas e algas. Parece que eles pagam um preço íngreme pela sua forma pupilar, mas podem estar dispostos a viver com acuidade visual reduzida para manter a desfocagem cromaticamente dependente, e isto pode permitir a visão da cor nestes organismos”
A grande lula de recife Sepioteuthis lessoniana muda de cor de forma viva enquanto sinaliza para os membros da sua própria espécie. (Foto cortesia de Gary Bell/OceanwideImages.com)
“Realizamos uma extensa modelagem computadorizada do sistema óptico destes animais, e ficamos surpresos com o quanto o contraste da imagem depende da cor”, disse Stubbs, um professor de física e astronomia de Harvard. “Seria uma pena se a natureza não aproveitasse isso”
Os Stubbs mais jovens pesquisaram extensivamente 60 anos de estudos sobre visão colorida em cefalópodes, e descobriram que, enquanto alguns biólogos tinham relatado uma capacidade de distinguir cores, outros relataram o oposto. Os estudos negativos, porém, muitas vezes testaram a capacidade do animal de ver cores sólidas ou bordas entre duas cores de brilho igual, o que é difícil para este tipo de olho porque, como com uma câmera, é difícil focar em uma cor sólida sem contraste. Os cefalópodes são os melhores para distinguir as bordas entre cores escuras e brilhantes e, de fato, seus padrões de exibição são tipicamente regiões de cor separadas por barras pretas.
“Acreditamos ter encontrado um mecanismo elegante que poderia permitir a esses cefalópodes determinar a cor de seu ambiente, apesar de terem um único pigmento visual em sua retina”, disse ele. “Este é um esquema completamente diferente dos pigmentos visuais multicoloridos que são comuns em humanos e em muitos outros animais”. Esperamos que este estudo estimule experiências comportamentais adicionais pela comunidade cefalópode”
De acordo com a nova teoria, a pupila do choco Sepia bandensis maximiza o borrão cromático, permitindo que o animal detecte a cor. (Foto de Roy Caldwell)
Stubbs observou que os cefalópodes podem não estar perdendo muita informação de cor por terem apenas um tipo de fotorreceptor, uma vez que as cores vermelhas são bloqueadas pela água, de modo que apenas uma gama reduzida de luz óptica penetra realmente até às profundezas rasas onde vivem. Ter um fotorreceptor que responda a uma ampla gama de cores a essa profundidade lhes permitiria ver em luz fraca com sua pupila totalmente dilatada, enquanto a pupila fora do eixo mantém o potencial de discriminação espectral em condições de luz alta.
Intrigualmente, usar a aberração cromática para detectar a cor é computacionalmente mais intenso do que outros tipos de visão colorida, como a nossa, e provavelmente requer muito poder cerebral, disse Stubbs. Isto pode explicar, em parte, porque os cefalópodes são os invertebrados mais inteligentes da Terra.
O trabalho foi apoiado pelo Museu de Zoologia Vertebrada da UC Berkeley, uma bolsa do Programa Graduate Research Fellow para Alexander Stubbs, e pela Universidade de Harvard.