I biologi si sono interrogati per decenni sul paradosso della visione dei polpi. Nonostante la loro pelle dai colori brillanti e la capacità di cambiare rapidamente colore per confondersi con lo sfondo, i cefalopodi come i polpi e i calamari hanno occhi con un solo tipo di recettore per la luce – il che significa fondamentalmente che vedono solo bianco e nero.

Perché un maschio dovrebbe rischiare di mostrare i suoi colori brillanti durante una danza di accoppiamento se la femmina non può nemmeno vederlo – ma un pesce vicino può, e rapidamente lo divora? E come potrebbero questi animali abbinare il colore della loro pelle con l’ambiente circostante per mimetizzarsi, se in realtà non possono vedere i colori?

Un nuovo studio dimostra che i cefalopodi possono effettivamente essere in grado di vedere i colori, solo in modo diverso da qualsiasi altro animale.

Il loro segreto? Un’insolita pupilla a forma di U, a forma di W o di manubrio, che permette alla luce di entrare nell’occhio attraverso la lente da molte direzioni, piuttosto che solo direttamente nella retina.

Aberrazione cromatica

Gli esseri umani e altri mammiferi hanno occhi con pupille rotonde che si contraggono fino a diventare buchi di spillo per darci una visione nitida, con tutti i colori concentrati nello stesso punto. Ma come sa chiunque sia stato dall’oculista, le pupille dilatate non solo rendono tutto sfocato, ma creano frange colorate intorno agli oggetti – ciò che è noto come aberrazione cromatica.

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Questo perché la lente trasparente dell’occhio – che negli umani cambia forma per mettere a fuoco la luce sulla retina – agisce come un prisma e divide la luce bianca nei suoi colori componenti. Più grande è l’area pupillare attraverso la quale la luce entra, più i colori sono distribuiti. Più piccola è la nostra pupilla, minore è l’aberrazione cromatica. Le lenti delle macchine fotografiche e dei telescopi soffrono allo stesso modo dell’aberrazione cromatica, ed è per questo che i fotografi fermano i loro obiettivi per ottenere l’immagine più nitida con la minore sfocatura dei colori.

I cefalopodi, tuttavia, hanno evoluto pupille ampie che accentuano l’aberrazione cromatica e potrebbero avere la capacità di giudicare il colore portando specifiche lunghezze d’onda a fuoco sulla retina, proprio come animali come i camaleonti giudicano la distanza utilizzando la messa a fuoco relativa. Mettono a fuoco queste lunghezze d’onda cambiando la profondità del loro bulbo oculare, alterando la distanza tra la lente e la retina, e spostando la pupilla per cambiare la sua posizione fuori asse e quindi la quantità di sfocatura cromatica.

“Proponiamo che queste creature potrebbero sfruttare una fonte onnipresente di degradazione dell’immagine negli occhi degli animali, trasformando un bug in una caratteristica”, dice Alexander Stubbs, uno studente laureato presso l’Università della California, Berkeley. “Mentre la maggior parte degli organismi evolve modi per minimizzare questo effetto, le pupille a forma di U del polpo e dei loro parenti calamari e seppie in realtà massimizzano questa imperfezione nel loro sistema visivo mentre minimizzano altre fonti di errore dell’immagine, offuscando la loro visione del mondo, ma in un modo dipendente dal colore e aprendo la possibilità per loro di ottenere informazioni sul colore.”

Come funzionano le pupille a forma di U

Stubbs ha avuto l’idea che i cefalopodi potessero usare l’aberrazione cromatica per vedere il colore dopo aver fotografato le lucertole che visualizzano con luce ultravioletta, e aver notato che le fotocamere UV soffrono di aberrazione cromatica. Ha collaborato con suo padre, Christopher Stubbs, professore di fisica e di astronomia all’Università di Harvard, per sviluppare una simulazione al computer per modellare il modo in cui gli occhi dei cefalopodi potrebbero utilizzarla per percepire il colore. I loro risultati appaiono nei Proceedings of the National Academy of Sciences.

Hanno concluso che una pupilla a forma di U come quella dei calamari e delle seppie permetterebbe agli animali di determinare il colore in base al fatto che sia focalizzato o meno sulla sua retina. Le pupille a forma di manubrio di molti polpi funzionano in modo simile, poiché sono avvolte intorno al bulbo oculare a forma di U e producono un effetto simile quando si guarda in basso. Questo potrebbe anche essere la base della visione dei colori nei delfini, che hanno pupille a forma di U quando contratte, e nei ragni saltatori.

“La loro visione è sfocata, ma la sfocatura dipende dal colore”, dice Stubbs. “Sarebbero relativamente cattivi nel risolvere gli oggetti bianchi, che riflettono tutte le lunghezze d’onda della luce. Ma potrebbero mettere a fuoco abbastanza precisamente gli oggetti che sono colori più puri, come il giallo o il blu, che sono comuni sulle barriere coralline e le rocce e le alghe. Sembra che paghino un prezzo elevato per la loro forma pupillare, ma potrebbero essere disposti a vivere con una ridotta acuità visiva per mantenere la sfocatura cromaticamente dipendente, e questo potrebbe consentire la visione a colori in questi organismi.”

“Abbiamo effettuato una vasta modellazione al computer del sistema ottico di questi animali, e siamo rimasti sorpresi di quanto fortemente il contrasto delle immagini dipenda dal colore”, dice Christopher Stubbs. “Sarebbe un peccato se la natura non approfittasse di questo.”

Non c’è abbastanza contrasto

Alexander Stubbs ha esaminato ampiamente 60 anni di studi sulla visione dei colori nei cefalopodi, e ha scoperto che, mentre alcuni biologi avevano riportato una capacità di distinguere i colori, altri hanno riportato il contrario.

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Gli studi negativi, tuttavia, hanno spesso testato la capacità dell’animale di vedere colori solidi o bordi tra due colori di uguale luminosità, che è difficile per questo tipo di occhio perché, come per una macchina fotografica, è difficile mettere a fuoco un colore solido senza contrasto. I cefalopodi sono più bravi a distinguere i bordi tra colori scuri e luminosi, e infatti i loro modelli di visualizzazione sono tipicamente regioni di colore separate da barre nere.

“Crediamo di aver trovato un elegante meccanismo che potrebbe consentire a questi cefalopodi di determinare il colore dei loro dintorni, pur avendo un unico pigmento visivo nella loro retina”, dice. “Questo è uno schema completamente diverso dai pigmenti visivi multicolore che sono comuni negli esseri umani e in molti altri animali. Speriamo che questo studio stimoli ulteriori esperimenti comportamentali da parte della comunità dei cefalopodi.”

Il Museo di Zoologia Vertebrata dellaUC Berkeley, una borsa di studio Graduate Research Fellow Program per Alexander Stubbs e l’Università di Harvard hanno sostenuto il lavoro.