Biolodzy od dziesięcioleci zastanawiają się nad paradoksem widzenia ośmiornic. Pomimo ich olśniewająco kolorowej skóry i zdolności do szybkiej zmiany koloru, aby wtopić się w tło, głowonogi takie jak ośmiornice i kałamarnice mają oczy z tylko jednym typem receptora światła, co w zasadzie oznacza, że widzą tylko czerń i biel.

Dlaczego samiec miałby ryzykować błyskając swoimi jaskrawymi kolorami podczas tańca godowego, jeśli samica nawet go nie widzi, ale pobliska ryba może, i szybko go pochłania? I jak te zwierzęta mogłyby dopasować kolor swojej skóry do otoczenia jako kamuflaż, jeśli w rzeczywistości nie widzą kolorów?

Nowe badanie pokazuje, że głowonogi mogą rzeczywiście być w stanie zobaczyć kolor – tylko inaczej niż jakiekolwiek inne zwierzę.

Jaki jest ich sekret? Niezwykła źrenica – w kształcie litery U, W lub hantli – która pozwala światłu wpadać do oka przez soczewkę z wielu kierunków, a nie tylko prosto do siatkówki.

Aberracja chromatyczna

Ludzie i inne ssaki mają oczy z okrągłymi źrenicami, które kurczą się do otworków, aby zapewnić nam ostre widzenie, ze wszystkimi kolorami skupionymi w tym samym miejscu. Ale jak wie każdy, kto był u okulisty, rozszerzone źrenice nie tylko sprawiają, że wszystko jest nieostre, ale tworzą kolorowe obwódki wokół obiektów – co jest znane jako aberracja chromatyczna.

“Obcy” genom ujawnia sekrety ośmiornicy

Dzieje się tak, ponieważ przezroczysta soczewka oka – która u ludzi zmienia kształt, aby skupić światło na siatkówce – działa jak pryzmat i rozszczepia białe światło na jego kolory składowe. Im większy jest obszar źrenicy, przez który wpada światło, tym bardziej kolory są rozłożone. Im mniejsza jest nasza źrenica, tym mniejsza jest aberracja chromatyczna. Aparat i soczewki teleskopu podobnie cierpią z aberracji chromatycznej, co jest dlaczego fotografowie zatrzymać w dół ich obiektywów, aby uzyskać najostrzejszy obraz z najmniej kolor blurring.

Cephalopods, jednak wyewoluowały szerokie źrenice, które podkreślają aberrację chromatyczną i może mieć zdolność do oceny koloru przez przyniesienie konkretnych długości fal do ostrości na siatkówce, dużo sposób zwierzęta jak kameleony ocenić odległość za pomocą względnej ostrości. Skupiają te długości fal poprzez zmianę głębokości ich gałki ocznej, zmieniając odległość między soczewką a siatkówką, i przesuwając źrenicę wokół, aby zmienić jej położenie poza osią, a tym samym ilość chromatycznego rozmycia.

“Proponujemy, że te stworzenia mogą wykorzystywać wszechobecne źródło degradacji obrazu w oczach zwierząt, zamieniając błąd w cechę”, mówi Alexander Stubbs, student na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. “Podczas gdy większość organizmów ewoluuje sposoby, aby zminimalizować ten efekt, U-kształtne źrenice ośmiornic i ich krewnych kałamarnic i mątwy faktycznie maksymalizują tę niedoskonałość w ich systemie wizualnym, jednocześnie minimalizując inne źródła błędu obrazu, rozmywając ich widok świata, ale w sposób zależny od koloru i otwierając im możliwość uzyskania informacji o kolorze.”

Jak działają źrenice w kształcie litery U

Stubbs wpadł na pomysł, że głowonogi mogą wykorzystywać aberrację chromatyczną do widzenia kolorów po sfotografowaniu jaszczurek, które wyświetlają światło ultrafioletowe, i zauważeniu, że kamery UV cierpią z powodu aberracji chromatycznej. Wspólnie ze swoim ojcem, Christopherem Stubbsem, profesorem fizyki i astronomii na Uniwersytecie Harvarda, stworzył symulację komputerową, która modeluje, w jaki sposób oczy głowonogów mogą wykorzystywać tę aberrację do rozpoznawania kolorów. Ich ustalenia pojawiają się w Proceedings of the National Academy of Sciences.

The wnioskowali, że U-kształtna źrenica jak ten z kałamarnicy i mątwy pozwoliłaby zwierzętom określić kolor w oparciu o to, czy był on skupiony na jego siatkówce, czy nie. Źrenice w kształcie hantli wielu ośmiornic działają podobnie, ponieważ są owinięte wokół gałki ocznej w kształcie litery U i dają podobny efekt przy patrzeniu w dół. Może to być nawet podstawą widzenia kolorów u delfinów, które mają źrenice w kształcie litery U, gdy są skurczone, i pająków skaczących.

“Ich wizja jest nieostra, ale nieostrość zależy od koloru”, mówi Stubbs. “Byłyby one stosunkowo złe w rozwiązywaniu białych obiektów, które odbijają wszystkie długości fal światła. Ale mogłyby dość dokładnie skupić się na obiektach o czystszych kolorach, takich jak żółty lub niebieski, które są powszechne na rafach koralowych, skałach i algach. Wydaje się, że płacą wysoką cenę za kształt źrenicy, ale mogą być skłonne do życia z obniżoną ostrością widzenia, aby utrzymać chromatycznie zależne rozmycie, a to może pozwolić na widzenie w kolorze w tych organizmach.”

“Przeprowadziliśmy rozległe modelowanie komputerowe układu optycznego tych zwierząt i byliśmy zaskoczeni, jak silnie kontrast obrazu zależy od koloru”, mówi Christopher Stubbs. “Szkoda by było, gdyby natura tego nie wykorzystała.”

Niewystarczający kontrast

Alexander Stubbs obszernie przejrzał 60 lat badań widzenia barw u głowonogów i odkrył, że podczas gdy niektórzy biolodzy zgłaszali zdolność rozróżniania kolorów, inni zgłaszali coś wręcz przeciwnego.

Octopus skóra może wyczuć światło bez oczu

Negatywne badania, jednak często testowane zdolność zwierzęcia, aby zobaczyć stałe kolory lub krawędzi między dwoma kolorami o równej jasności, co jest trudne dla tego typu oka, ponieważ, jak w aparacie fotograficznym, trudno jest skupić się na kolor stały bez kontrastu. Głowonogi są najlepsze w rozróżnianiu krawędzi między ciemnymi i jasnymi kolorami, a w rzeczywistości ich wzory wyświetlania są zazwyczaj regionami koloru oddzielonymi czarnymi paskami.

“Wierzymy, że znaleźliśmy elegancki mechanizm, który może pozwolić tym głowonogom określić kolor ich otoczenia, pomimo posiadania pojedynczego pigmentu wizualnego w ich siatkówce”, mówi. “Jest to zupełnie inny schemat niż wielokolorowe pigmenty wizualne, które są powszechne u ludzi i wielu innych zwierząt. Mamy nadzieję, że to badanie będzie bodźcem do dodatkowych eksperymentów behawioralnych przez społeczność głowonogów.”

UC Berkeley’s Museum of Vertebrate Zoology, grant Graduate Research Fellow Program dla Alexandra Stubbsa oraz Uniwersytet Harvarda wsparły pracę.

.