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Sobre el sentido de la vista

Soluciones múltiples para la percepción del entorno.

Un animal tiene mejores posibilidades de sobrevivir si cuenta con información sobre su entorno para adoptar una reacción apropiada: escapando, si es que el estímulo implica peligro (por ejemplo, la proximidad a una fuente de calor o frío excesivo), o aproximándose, si la señal refiere, en cambio, a comida o una pareja potencial. Recibir estímulos ambientales a través del contacto físico directo con ellos puede ser un método con alta relación de señal a ruido (certeza), pero no deja mucho margen de tiempo para procesarlos: Si una presa detecta a un depredador cuando éste ya le está tocando, sus posibilidades de escape son muy bajas. Sería más eficiente un método que funcione a distancia.

Por Julio Rodríguez

La percepción visual es la habilidad con la que cuentan muchos animales para interpretar su entorno por medio del procesamiento de la información contenida en la radiación electromagnética que reciben, particularmente en ciertas bandas de frecuencia que nosotros denominamos “luz visible”. La luz tiene la gran ventaja de viajar grandes distancias a gran velocidad, por lo que aumenta el margen de tiempo para reacción del ser vivo en cuestión.

En este artículo describiremos diversas implementaciones de ojos en los animales.

¿Qué es un ojo?

Un ojo es un órgano especializado en captar y transducir información, convirtiéndola de energía electromagnética (luz) a impulsos electroquímicos. En organismos complejos, posee además partes que regulan la intensidad del estímulo y lo enfocan para hacerlo más preciso.

Con excepción de los lentes zoom (para acercamientos) y fresnel (hechos de anillos concéntricos), todos los métodos tecnológicos que los humanos usan para capturar una imagen se encuentran en la naturaleza. Existen 10 diferentes implementaciones de ojos, pero resulta más fácil clasificarlos en simples (una superficie fotorreceptora cóncava) y compuestos (multitud de lentes individuales sobre una superficie convexa).

No debemos confundir “simple” y “compuesto” con el nivel de complejidad del órgano: los ojos simples pueden ofrecer imágenes de alta resolución, mientras que los compuestos, debido a sus limitaciones físicas inherentes, solamente forman imágenes pixeladas con resolución superior a un grado de arco, aunque tienen la ventaja de ser muy sensibles al movimiento.

Actualmente, la teoría de un origen filogenético común para todos los ojos animales es la más aceptada. Se cree que los proto-ojos aparecieron hace 540 millones de años como manchas de proteínas fotorreceptoras, desencadenando una carrera armamentista evolutiva entre presas y depredadores. Hoy en día, los ojos están presentes en 96% de las especies animales.

Un problema puede tener al menos una solución. Conforme trascurre el tiempo, dicho problema puede ser mejor delimitado y, por tanto, también se puede crear una solución más eficiente. Los biólogos evolucionistas han encontrado que a lo largo de la historia de nuestro planeta, los ojos han sido reinventados entre 50 y 100 veces porque resultan órganos muy útiles para la supervivencia de las especies que los poseen, pero en cada ocasión muestran adaptaciones a las condiciones particulares en las que vive cada grupo de organismos. Incluso, es probable que su aparición evolutiva sea anterior a la de los cerebros. Vamos a comparar brevemente los ojos de algunas especies.

1. Protozoo Euglena

Euglena es un organismo unicelular que posee una mancha de proteínas fotosensibles llamada estigma, ubicada muy cerca de su órgano locomotor. Usando ambos, se puede orientar hacia donde haya más luz ambiental para facilitar la fotosíntesis.

2. Vieiras

Las vieiras tienen hasta cien pequeños ojos azules distribuidos a lo largo del borde de su manto que asemejan una hilera de perlas de color azul. No pueden distinguir imágenes, pero sí cambios en los patrones de luz y movimiento como los que haría un depredador al pasar sucesivamente frente ellos.

3. Cefalópodos

Al tratarse de animales depredadores, su visión es muy buena y la mayoría pueden ver a color. La estructura interna de sus ojos asemeja una cámara fotográfica con un lente para enfocar objetos sobre la retina y están unidos a varios músculos para controlar su orientación. Sin embargo, existen tres grandes diferencias con respecto a los ojos vertebrados, que enumeramos a continuación:

– Los cefalópodos tienen una lente esférica que enfoca desplazándose internamente, igual que en una cámara, en lugar de cambiar de forma como pasa en los vertebrados.

– En un ojo de cefalópodo, las fibras nerviosas que transmiten la información luminosa captada por la retina, así como los vasos sanguíneos que la irrigan, pasan por detrás de ella. En los vertebrados, la recorren por encima, proyectando su sombra sobre la imagen; además, deben atravesarla en un punto que queda ciego a la luz. Por ello, deben dedicar parte de su procesamiento mental visual a eliminar ambos artefactos, que pueden observarse en la siguiente imagen: el patrón de arterias (líneas rojas) y el punto ciego (a la izquierda, en amarillo):

– Mientras los fotopigmentos retinales en los vertebrados se encuentran orientados casi al azar, en los cefalópodos están organizados de forma perpendicular, lo que les permite distinguir luz polarizada. Aún se desconoce para qué les pueda servir esto, pero existen hipótesis sobre su utilidad como ayuda de navegación, detección de presas e incluso la comunicación en especies que cambian de color.

Estas características hacen pensar que los ojos de los cefalópodos tuvieron un origen muy diferente al de los vertebrados, aunque ambos órganos cumplan una función similar. A esto se le llama evolución convergente.

4. Humanos

A diferencia de otros mamíferos no primates, que generalmente poseen visión dicromática (violeta, azul, verde y amarillo, pero no anaranjado, rojo, ni ultravioleta), un ojo humano es bastante versátil en cuanto a percepción. Posee entre seis y siete millones de células que captan luz en tres regiones del espectro y pueden distinguir en conjunto aproximadamente hasta diez millones de colores. Su sensibilidad al brillo es aún mayor, con ciento veinte millones de células. Por tal razón, sólo ofrece visión monocromática en condiciones de poca iluminación.

Como se dijo anteriormente, las fibras nerviosas y vasos sanguíneos que pasan sobre la superficie anterior de la retina no son transparentes y forman un patrón de sombras sobre la imagen. El punto en el cuál se reúnen y la atraviesan para formar el nervio óptico tampoco percibe luz. Sin embargo, en la vida diaria no notamos esos detalles porque nuestro córtex visual aprende a compensar interpolando y extrapolando la información faltante para darnos la ilusión de una imagen sin artefactos; incluso corrige las distorsiones ópticas como la aberración cromática (distintas longitudes de onda tienen diferentes puntos de enfoque).

5. Aves y reptiles

La visión es el sentido más importante de las aves, y sus ojos son muy parecidos a los de sus ancestros dinosaurios. Los músculos ciliares que controlan la forma de los cristalinos (las lentes internas) son más rápidos y con mayor rango de enfoque que en el caso de los mamíferos. El tamaño relativo de sus ojos con respecto al resto del cuerpo es tan grande, que su movimiento es limitado y evolucionaron un cuello muy flexibles para orientar su cabeza, moviéndola como una unidad.

Las aves, así como los reptiles, poseen en su mayoría cuatro tipos de receptores de color y su rango de percepción va del rojo-naranja hasta el ultravioleta. Algunas especies tienen una gota oleosa roja o amarilla sobre ellos para mejorar la visión a distancia, especialmente en condiciones nubladas. Su resolución temporal es mejor que la de los humanos: mientras que una luz fluorescente que parpadea sesenta veces por segundo parece constante para nosotros, para las aves no lo es, pues ellas pueden percibir oscilaciones mayores a cien veces por segundo.

En el caso de las aves depredadoras diurnas, existen dos zonas de visión máxima o fóveas con casi el doble de fotorreceptores por unidad de superficie que en los humanos, brindándoles una visión de larga distancia seis a ocho veces mejor.

6. Abejas

Las abejas pueden percibir desde el ultravioleta hasta el amarillo, pero no el naranja ni el rojo. Como todos los insectos, sus ojos se encuentran compuestos por millones de unidades individuales, cada una con su lente y retina, distribuidos sobre una superficie convexa. Debido a la refracción, existe un límite en la resolución de las imágenes que pueden formar: Un ojo compuesto con resolución equivalente a la de un ojo humano tendría un radio de once metros.

7. El Camarón Mantis

Esta singular y colorida criatura marina, al igual que otros artrópodos, posee ojos compuestos montados sobre tallos con movimiento independiente que le permiten aumentar el ángulo de visión (de cinco a diez grados hasta al menos setenta ) así como su percepción de profundidad.

Cada ojo está dividido en tres regiones, por lo que ofrece visión trinocular. Las regiones superior e inferior se utilizan básicamente para detectar forma y movimiento, mientras que la central se subdivide como un sándwich de seis capas especializadas en distintas regiones del espectro luminoso, brindando visión multiespectral simultánea.

Mientras que los humanos tenemos tres fotopigmentos para percibir color, un camarón mantis posee dieciséis, de los cuales doce cumplen esta función (seis de ellos en ultravioleta) y el resto son empleados para luz polarizada lineal y hasta circular en al menos dos especies. Algunos de sus filtros ópticos de cuarto de onda (convierten luz polarizada lineal en circular, y viceversa) funcionan más uniformemente que cualquier dispositivo tecnológico creado hasta la fecha por la humanidad.

Debido a que se trata de depredadores furtivos, se cree que su sistema visual les confiere ventajas como comunicación sigilosa sin delatarse ante los depredadores, gran precisión para cazar presas traslúcidas con el rápido movimiento de sus apéndices anteriores, optimizar sus esfuerzos reproductivos y estar atentos a los ciclos de marea en su hábitat de coral poco profundo.

Aún con una resolución comparativamente baja respecto a otros seres vivos (diez mil sensores por apéndice), los ojos del camarón mantis parecen ser los más elaborados y complejos descubiertos hasta ahora.