Biologer har i årtionden funderat över bläckfiskens paradoxala syn. Trots sin lysande färgade hud och förmåga att snabbt byta färg för att smälta in i bakgrunden har bläckfiskar som bläckfiskar och bläckfiskar ögon med endast en typ av ljusreceptor – vilket i princip innebär att de bara ser svart och vitt.

Varför skulle en hane riskera att blinka med sina ljusa färger under en parningsdans om honan inte ens kan se honom – men en närliggande fisk kan det, och snabbt slukar honom? Och hur skulle dessa djur kunna anpassa sin hudfärg till omgivningen som kamouflage om de faktiskt inte kan se färgerna?

En ny studie visar att bläckfiskar faktiskt kan se färger – bara på ett annat sätt än alla andra djur.

Din hemlighet? En ovanlig pupill – U-formad, W-formad eller hantelformad – som gör att ljuset kan tränga in i ögat genom linsen från många olika håll och inte bara rakt in på näthinnan.

Kromatisk aberration

Människor och andra däggdjur har ögon med runda pupiller som drar ihop sig till nålhål för att ge oss en skarp syn, där alla färger är fokuserade på samma plats. Men som alla som har varit hos ögonläkaren vet gör vidgade pupiller inte bara allting suddigt, utan skapar också färgglada fransar runt objekt – det som kallas kromatisk aberration.

“Främmande” genom avslöjar bläckfiskens hemligheter

Detta beror på att ögats genomskinliga lins – som hos människor ändrar form för att fokusera ljuset på näthinnan – fungerar som ett prisma och delar upp vitt ljus i dess beståndsdelar, dvs. färger. Ju större pupillarea genom vilken ljuset tränger in, desto mer sprids färgerna ut. Ju mindre vår pupill är, desto mindre är den kromatiska aberrationen. Kamera- och teleskoplinser lider på samma sätt av kromatisk aberration, vilket är anledningen till att fotograferna släpper ner sina objektiv för att få den skarpaste bilden med minsta möjliga färgförvirring.

Fläppdjur har dock utvecklat breda pupiller som accentuerar den kromatiska aberrationen och kan ha förmågan att bedöma färg genom att föra specifika våglängder till ett fokus på näthinnan, ungefär på samma sätt som djur som kameleonter bedömer avstånd med hjälp av relativt fokus. De fokuserar dessa våglängder genom att ändra djupet på ögongloben, ändra avståndet mellan linsen och näthinnan och flytta runt pupillen för att ändra dess placering utanför axeln och därmed mängden kromatisk oskärpa.

“Vi föreslår att dessa varelser kanske utnyttjar en allestädes närvarande källa till bildförstöring i djurens ögon, och förvandlar en bugg till en funktion”, säger Alexander Stubbs, doktorand vid University of California, Berkeley. “Medan de flesta organismer utvecklar sätt att minimera denna effekt, maximerar de U-formade pupillerna hos bläckfiskar och deras släktingar till bläckfiskar och bläckfiskar faktiskt denna ofullkomlighet i deras visuella system samtidigt som de minimerar andra källor till bildfel, vilket gör att deras syn på världen blir suddig, men på ett färgberoende sätt och öppnar möjligheten för dem att få färginformation.”

Hur U-formade pupiller fungerar

Stubbs kom på idén att bläckfiskar skulle kunna använda kromatisk aberration för att se färg efter att ha fotograferat ödlor som visar sig med ultraviolett ljus, och märkt att UV-kameror lider av kromatisk aberration. Han samarbetade med sin far Christopher Stubbs, professor i fysik och astronomi vid Harvard University, för att utveckla en datorsimulering för att modellera hur bläckfiskögon skulle kunna använda detta för att känna färg. Deras resultat publiceras i Proceedings of the National Academy of Sciences.

De drog slutsatsen att en U-formad pupill som hos bläckfiskar och bläckfiskar skulle göra det möjligt för djuren att avgöra färgen utifrån om den var fokuserad på näthinnan eller inte. De hantelformade pupillerna hos många bläckfiskar fungerar på liknande sätt, eftersom de är lindade runt ögongloben i en U-form och ger en liknande effekt när man tittar neråt. Detta kan till och med ligga till grund för färgseende hos delfiner, som har U-formade pupiller när de är sammandragna, och hoppande spindlar.

“Deras syn är suddig, men sudigheten beror på färgen”, säger Stubbs. “De skulle vara jämförelsevis dåliga på att lösa upp vita objekt, som reflekterar alla våglängder av ljus. Men de skulle ganska exakt kunna fokusera på objekt som har renare färger, som gult eller blått, som är vanligt förekommande på korallrev, stenar och alger. Det verkar som om de betalar ett högt pris för sin pupillform men kan vara villiga att leva med minskad synskärpa för att bibehålla den kromatiskt beroende oskärpan, och detta skulle kunna möjliggöra färgseende hos dessa organismer.”

“Vi utförde en omfattande datormodellering av det optiska systemet hos dessa djur och blev förvånade över hur starkt bildkontrasten beror på färg”, säger Christopher Stubbs. “Det vore synd om naturen inte drar nytta av detta.”

Inte tillräckligt med kontrast

Alexander Stubbs gjorde en omfattande genomgång av 60 års studier av färgseende hos bläckfiskar och upptäckte att medan vissa biologer hade rapporterat om en förmåga att urskilja färger, rapporterade andra om motsatsen.

Octopus hud kan känna ljus utan ögon

De negativa studierna testade dock ofta djurens förmåga att se enfärgade färger eller kanter mellan två färger med samma ljusstyrka, vilket är svårt för den här typen av öga eftersom det, precis som med en kamera, är svårt att fokusera på en enfärgad färg utan kontrast. Bläckfiskar är bäst på att urskilja kanterna mellan mörka och ljusa färger, och i själva verket är deras visningsmönster typiskt sett färgområden som skiljs åt av svarta streck.

“Vi tror att vi har hittat en elegant mekanism som skulle kunna göra det möjligt för dessa bläckfiskar att avgöra omgivningens färg, trots att de bara har ett enda synpigment i sin näthinna”, säger han. “Detta är en helt annan ordning än de visuella pigment med flera färger som är vanliga hos människor och många andra djur. Vi hoppas att den här studien kommer att sporra till ytterligare beteendeexperiment av bläckfiskgruppen.”

UC Berkeley’s Museum of Vertebrate Zoology, ett stipendium från Graduate Research Fellow Program till Alexander Stubbs och Harvard University stödde arbetet.