Cacatifele, calmarii și alte cefalopode sunt daltoniști – ochii lor văd doar alb și negru – dar pupilele lor cu o formă ciudată le pot permite să detecteze culoarea și să imite culorile fundalului lor, potrivit unei echipe tată-fiu de cercetători de la Universitatea din California, Berkeley și Universitatea Harvard.
De zeci de ani, biologii au fost nedumeriți de paradoxul că, în ciuda pielii lor viu colorate și a capacității de a-și schimba rapid culoarea pentru a se amesteca în fundal, cefalopodele au ochi care conțin doar un singur tip de receptor de lumină, ceea ce înseamnă, practic, că văd doar alb și negru.
De ce ar risca un mascul să își etaleze culorile strălucitoare în timpul unui dans de împerechere dacă femela nici măcar nu îl poate vedea, dar un pește din apropiere poate – și îl înghite rapid? Și cum ar putea aceste animale să își potrivească culoarea pielii cu mediul înconjurător ca și camuflaj, dacă nu pot vedea de fapt culorile?
Potrivit lui Alexander Stubbs, student absolvent al UC Berkeley, cefalopodele ar putea fi de fapt capabile să vadă culoarea – doar că în mod diferit de orice alt animal.
Cheia este o pupilă neobișnuită – în formă de U, W sau în formă de halteră – care permite luminii să intre în ochi prin cristalin din mai multe direcții, mai degrabă decât direct în retină.
Ochii oamenilor și ai altor mamifere au pupile rotunde care se contractă până la găuri de ac pentru a ne oferi o viziune clară, cu toate culorile concentrate în același loc. Dar, după cum știe oricine a fost la oftalmolog, pupilele dilatate nu numai că fac totul neclar, dar creează franje colorate în jurul obiectelor, ceea ce este cunoscut sub numele de aberație cromatică.
Acest lucru se datorează faptului că lentila transparentă a ochiului – care la oameni își schimbă forma pentru a focaliza lumina pe retină – acționează ca o prismă și împarte lumina albă în culorile sale componente. Cu cât zona pupilară prin care intră lumina este mai mare, cu atât culorile sunt mai dispersate. Cu cât pupila noastră este mai mică, cu atât aberația cromatică este mai mică. Lentilele aparatelor de fotografiat și ale telescoapelor suferă în mod similar de aberație cromatică, motiv pentru care fotografii își reduc lentilele pentru a obține o imagine cât mai clară, cu cea mai mică estompare a culorilor.
Pupilele neobișnuite ale cefalopodelor (de sus, o sepie, un calmar și o caracatiță) permit luminii să intre în ochi din mai multe direcții, ceea ce împrăștie culorile și permite creaturilor să determine culoarea, chiar dacă, din punct de vedere tehnic, sunt daltoniști. (Fotografii de Roy Caldwell, Klaus Stiefel, Alexander Stubbs)
Cefalopodele, cu toate acestea, au evoluat cu pupile largi care accentuează aberația cromatică, a spus Stubbs, și ar putea avea capacitatea de a judeca culoarea prin aducerea unor lungimi de undă specifice la un focar pe retină, la fel cum animale precum cameleonii judecă distanța folosind focalizarea relativă. Ele focalizează aceste lungimi de undă prin schimbarea adâncimii globului ocular, modificând distanța dintre lentilă și retină și prin deplasarea pupilei pentru a schimba locația sa în afara axei și, astfel, cantitatea de neclaritate cromatică.
„Propunem că aceste creaturi ar putea exploata o sursă omniprezentă de degradare a imaginii în ochii animalelor, transformând o eroare într-o caracteristică”, a spus Stubbs. „În timp ce majoritatea organismelor evoluează modalități de a minimiza acest efect, pupilele în formă de U ale caracatiței și ale rudelor lor, calmarul și sepia, de fapt, maximizează această imperfecțiune a sistemului lor vizual, minimizând în același timp alte surse de eroare a imaginii, încețoșând viziunea lor asupra lumii, dar într-un mod dependent de culoare și deschizându-le posibilitatea de a obține informații cromatice.”
Pupile în formă de U
Stubbs a fost fascinat de paradoxul daltonist/camuflaj încă de când a citit despre el în liceu, iar în timpul excursiilor de scufundări în Indonezia și în alte părți a experimentat pe propria piele cât de colorate sunt sepiile, calmarii și caracatițele – și împrejurimile lor.
Acesta a venit cu ideea că cefalopodele ar putea folosi aberația cromatică pentru a vedea culoarea după ce a fotografiat șopârle care se afișează cu lumină ultravioletă și a observat că aparatele foto UV suferă de aberație cromatică. El a făcut echipă cu tatăl său, astrofizicianul Christopher Stubbs de la Harvard, pentru a dezvolta o simulare pe calculator pentru a modela modul în care ochii cefalopodelor ar putea folosi acest lucru pentru a percepe culoarea. Cei doi își vor publica ipoteza online săptămâna aceasta în revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
Ei au ajuns la concluzia că o pupilă în formă de U, precum cea a calmarului și a sepiilor, ar permite animalelor să determine culoarea în funcție de faptul că aceasta este sau nu focalizată pe retină. Pupilele în formă de halteră ale multor caracatițe funcționează în mod similar, deoarece acestea sunt înfășurate în jurul globului ocular în formă de U și produc un efect similar atunci când privesc în jos. Aceasta poate fi chiar baza viziunii coloristice la delfini, care au pupilele în formă de U atunci când sunt contractate, și la păianjenii săritori.
„Vederea lor este încețoșată, dar încețoșarea depinde de culoare”, a spus Stubbs. „Ei ar fi relativ rău la rezolvarea obiectelor albe, care reflectă toate lungimile de undă ale luminii. Dar ar putea focaliza cu destulă precizie obiectele care au culori mai pure, cum ar fi galbenul sau albastrul, care sunt comune pe recifurile de corali, roci și alge. Se pare că ele plătesc un preț mare pentru forma pupilei lor, dar ar putea fi dispuse să trăiască cu o acuitate vizuală redusă pentru a menține neclaritatea dependentă de cromatică, iar acest lucru ar putea permite vederea în culori la aceste organisme.”
Calmarul de recif cu aripioare mari Sepioteuthis lessoniana își schimbă viu culoarea în timp ce semnalează membrilor propriei specii. (Fotografie realizată prin amabilitatea lui Gary Bell/OceanwideImages.com)
„Am efectuat o modelare computerizată extinsă a sistemului optic al acestor animale și am fost surprinși de cât de puternic depinde contrastul imaginii de culoare”, a declarat Stubbs de la Harvard, profesor de fizică și de astronomie. „Ar fi păcat ca natura să nu profite de acest lucru.”
Tânărul Stubbs a cercetat pe larg 60 de ani de studii privind vederea culorilor la cefalopode și a descoperit că, în timp ce unii biologi au raportat o capacitate de a distinge culorile, alții au raportat contrariul. Cu toate acestea, studiile negative au testat adesea capacitatea animalului de a vedea culori solide sau marginile dintre două culori cu luminozitate egală, ceea ce este dificil pentru acest tip de ochi deoarece, la fel ca în cazul unui aparat de fotografiat, este greu de focalizat pe o culoare solidă fără contrast. Cefalopodele se pricep cel mai bine să distingă marginile dintre culorile întunecate și cele luminoase și, de fapt, modelele lor de afișare sunt de obicei regiuni de culoare separate de bare negre.
„Credem că am găsit un mecanism elegant care ar putea permite acestor cefalopode să determine culoarea mediului înconjurător, în ciuda faptului că au un singur pigment vizual în retină”, a spus el. „Aceasta este o schemă complet diferită față de pigmenții vizuali multicolori care sunt obișnuiți la oameni și la multe alte animale. Sperăm că acest studiu va stimula experimente comportamentale suplimentare din partea comunității de cefalopode.”
Conform noii teorii, pupila sepiilor Sepia bandensis maximizează neclaritatea cromatică, permițând animalului să detecteze culoarea. (Foto: Roy Caldwell)
Stubbs a remarcat că este posibil ca cefalopodele să nu piardă prea multe informații despre culoare prin faptul că au doar un singur tip de fotoreceptor, deoarece culorile roșii sunt blocate de apă, astfel încât doar o gamă redusă de lumină optică pătrunde efectiv la adâncimi mici în care trăiesc. Faptul de a avea un singur fotoreceptor care răspunde la o gamă largă de culori la acea adâncime le-ar permite să vadă în lumină slabă cu pupila complet dilatată, în timp ce pupila dezaxată menține potențialul de discriminare spectrală în condiții de lumină puternică.
În mod curios, utilizarea aberației cromatice pentru a detecta culoarea este mai intensivă din punct de vedere computațional decât alte tipuri de viziune cromatică, cum ar fi cea a noastră, și probabil necesită multă putere de calcul, a spus Stubbs. Acest lucru ar putea explica, în parte, de ce cefalopodele sunt cele mai inteligente nevertebrate de pe Pământ.
Lucrarea a fost susținută de Muzeul de Zoologie a Vertebratelor de la UC Berkeley, de un grant Graduate Research Fellow Program pentru Alexander Stubbs și de Universitatea Harvard.
.