Biologen hebben zich decennia lang verbaasd over de paradox van het gezichtsvermogen van octopussen. Ondanks hun briljant gekleurde huid en vermogen om snel van kleur te veranderen om op te gaan in de achtergrond, hebben koppotigen zoals octopussen en inktvissen ogen met slechts één type lichtreceptor – wat in feite betekent dat ze alleen zwart en wit zien.

Waarom zou een mannetje het riskeren om met zijn felle kleuren te flitsen tijdens een paringsdans als het vrouwtje hem niet eens kan zien, maar een vis in de buurt wel, en hem snel naar beneden slokt? En hoe zouden deze dieren de kleur van hun huid kunnen afstemmen op hun omgeving als camouflage als ze de kleuren eigenlijk niet kunnen zien?

Een nieuwe studie toont aan dat koppotigen in feite in staat kunnen zijn om kleur te zien – alleen anders dan alle andere dieren.

Hun geheim? Een ongewone pupil – U-vormig, W-vormig of haltervormig – waardoor licht vanuit vele richtingen door de lens het oog kan binnendringen, in plaats van alleen recht op het netvlies.

Chromatische aberratie

Mensen en andere zoogdieren hebben ogen met ronde pupillen die samentrekken tot speldenprikjes om ons scherp zicht te geven, waarbij alle kleuren op dezelfde plek zijn gericht. Maar zoals iedereen weet die wel eens bij de oogarts is geweest, maken verwijde pupillen niet alleen alles wazig, maar creëren ze ook kleurrijke randen rond objecten – wat chromatische aberratie wordt genoemd.

‘Buitenaards’ genoom onthult octopusgeheimen

Dit komt omdat de transparante ooglens – die bij mensen van vorm verandert om licht op het netvlies te richten – als een prisma werkt en wit licht in de samenstellende kleuren splitst. Hoe groter de pupil waardoor het licht binnenvalt, hoe meer de kleuren worden gespreid. Hoe kleiner onze pupil, hoe minder de chromatische aberratie. Camera- en telescooplenzen hebben ook last van chromatische aberratie, en daarom stoppen fotografen hun lenzen om het scherpste beeld te krijgen met de minste kleuronscherpte.

Cephalopoda, echter, ontwikkelden brede pupillen die de chromatische aberratie accentueren en zouden het vermogen kunnen hebben om kleur te beoordelen door specifieke golflengten scherp te stellen op het netvlies, ongeveer zoals dieren als kameleons afstand beoordelen door relatieve focus te gebruiken. Ze stellen deze golflengten scherp door de diepte van hun oogbol te veranderen, de afstand tussen de lens en het netvlies te veranderen, en de pupil te verplaatsen om de locatie buiten de as te veranderen en daarmee de hoeveelheid chromatische onscherpte.

“Wij stellen voor dat deze wezens een alomtegenwoordige bron van beelddegradatie in dierlijke ogen zouden kunnen uitbuiten, waarbij ze een fout in een kenmerk veranderen,” zegt Alexander Stubbs, een afgestudeerde student aan de Universiteit van Californië, Berkeley. “Terwijl de meeste organismen manieren evolueren om dit effect te minimaliseren, maximaliseren de U-vormige pupillen van octopus en hun inktvis- en inktvisverwanten eigenlijk deze imperfectie in hun visuele systeem, terwijl ze andere bronnen van beeldfouten minimaliseren, waardoor hun zicht op de wereld vervaagt, maar op een kleurafhankelijke manier en de mogelijkheid voor hen opent om kleurinformatie te verkrijgen.”

Hoe U-vormige pupillen werken

Stubbs kwam op het idee dat koppotigen chromatische aberratie zouden kunnen gebruiken om kleur te zien na het fotograferen van hagedissen die met ultraviolet licht vertonen, en merkte op dat UV-camera’s last hebben van chromatische aberratie. Hij werkte samen met zijn vader, Christopher Stubbs, professor in de natuurkunde en astronomie aan de Harvard University, om een computersimulatie te ontwikkelen om te modelleren hoe de ogen van koppotigen dit zouden kunnen gebruiken om kleur waar te nemen. Hun bevindingen verschijnen in de Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ze concludeerden dat een U-vormige pupil zoals die van inktvis en zeekat de dieren in staat zou stellen om de kleur te bepalen op basis van het al dan niet gericht zijn op het netvlies. De haltervormige pupillen van veel octopussen werken op vergelijkbare wijze, omdat ze in een U-vorm om de oogbol zijn gewikkeld en een vergelijkbaar effect produceren wanneer men naar beneden kijkt. Dit kan zelfs de basis zijn van kleurenvisie bij dolfijnen, die U-vormige pupillen hebben wanneer ze samengetrokken zijn, en bij springspinnen.

“Hun zicht is wazig, maar de wazigheid hangt af van de kleur,” zegt Stubbs. “Ze zouden relatief slecht zijn in het oplossen van witte voorwerpen, die alle golflengten van het licht reflecteren. Maar ze kunnen vrij nauwkeurig scherpstellen op objecten die zuiverder van kleur zijn, zoals geel of blauw, die veel voorkomen op koraalriffen, rotsen en algen. Het lijkt erop dat ze een hoge prijs betalen voor hun pupilvorm, maar misschien bereid zijn te leven met een verminderde gezichtsscherpte om chromatisch-afhankelijke onscherpte te behouden, en dit zou kleurenvisie bij deze organismen mogelijk kunnen maken.”

“We hebben uitgebreide computermodellering van het optische systeem van deze dieren uitgevoerd, en waren verrast over hoe sterk het beeldcontrast afhankelijk is van kleur,” zegt Christopher Stubbs. “Het zou jammer zijn als de natuur hier geen gebruik van zou maken.”

Niet genoeg contrast

Alexander Stubbs onderzocht uitgebreid 60 jaar studies naar kleurenvisie bij koppotigen, en ontdekte dat, terwijl sommige biologen een vermogen hadden gerapporteerd om kleuren te onderscheiden, anderen het tegenovergestelde rapporteerden.

Octopushuid kan licht waarnemen zonder ogen

De negatieve studies testten echter vaak het vermogen van het dier om effen kleuren of randen tussen twee kleuren van gelijke helderheid te zien, wat moeilijk is voor dit type oog omdat, net als bij een camera, het moeilijk is om scherp te stellen op een effen kleur zonder contrast. Koppotigen zijn het beste in het onderscheiden van de randen tussen donkere en heldere kleuren, en in feite zijn hun weergavepatronen typisch regio’s van kleur gescheiden door zwarte balken.

“Wij geloven dat we een elegant mechanisme hebben gevonden dat deze koppotigen in staat zou kunnen stellen om de kleur van hun omgeving te bepalen, ondanks het feit dat ze een enkel visueel pigment in hun netvlies hebben,” zegt hij. “Dit is een heel ander schema dan de meerkleurige visuele pigmenten die gebruikelijk zijn bij mensen en veel andere dieren. We hopen dat deze studie de aanzet zal geven tot aanvullende gedragsexperimenten door de koppotigengemeenschap.”

UC Berkeley’s Museum of Vertebrate Zoology, een Graduate Research Fellow Program-beurs aan Alexander Stubbs, en Harvard University ondersteunden het werk.