Ovvero: come vede un polpo?
Non si sa con certezza quando i primi organismi abbiano evoluto i primi organi fotorecettivi. La visione primitiva era probabilmente costituita da una semplice combinazione di cellule fotorecettrici sensibili alla luce e di cellule pigmentate, come quella che si trova negli odierni vermi piatti marini.
Ulteriori perfezionamenti nella progettazione hanno portato all’occhio a coppa pigmentata, in cui la retina è a coppa e quindi la luce può entrare solo da una direzione, fornendo un’indicazione specifica dell’origine della luce, come si trova nel mollusco gasteropode patella e nei vermi policheti.
Durante la radiazione evolutiva del Cambriano, 541 milioni di anni fa, in un periodo di 25 milioni di anni si è verificata una divergenza e una diversificazione di massa degli animali che ha posto le basi per la maggior parte delle specie animali che vivono oggi.
Durante questo periodo di sperimentazioni evolutive, gli antenati degli attuali cefalopodi proliferarono in tutti i mari, da cui si evolsero i primi nautiloidi, ancora oggi presenti in sei specie di Nautilus. Il Nautilus ha evoluto un occhio originale, a foro stenopeico, aperto verso l’esterno.
Nel corso di questi esperimenti visivi evolutivi, si sono sviluppati diversi sistemi visivi di successo lungo due traiettorie evolutive molto diverse che si sono protratte fino ai giorni nostri:
l’occhio composto e l’occhio a camera oscura
L’occhio composto è un insieme sferico a nido d’ape di numerosi moduli esagonali identici, chiamati ommatidi, orientati in direzioni leggermente diverse. Ognuno di essi agisce come una lente o un riflettore, per trasmettere la luce ai fotorecettori sensibili alla luce, che forniscono all’animale informazioni sufficienti per percepire l’ambiente, anche se non sappiamo esattamente come. Gli occhi composti sono diffusi in insetti, crostacei e stomatopodi (gamberi mantide).
Il vantaggio degli occhi composti è un campo visivo molto ampio, quasi a 360° (con l’esclusione del peduncolo oculare) e la possibilità di rilevare movimenti rapidi, fino a dodici volte più velocemente dei tipici occhi a lente dei vertebrati, anche se a scapito della risoluzione (chiarezza) dell’immagine. Gli occhi degli stomatopodi si muovono in modo indipendente e scrutano costantemente l’ambiente. Hanno dodici tipi diversi di recettori nelle loro matrici di ommatidi, rispetto ai tre tipi trovati negli esseri umani e ai quattro tipi trovati nei pesci, che danno loro la capacità di vedere nello spettro ultravioletto e nella luce polarizzata. Sono perfettamente in grado di percepire il mondo in tre dimensioni e sono precisissimi nella stima delle distanze, anche grazie al fatto che un solo occhio, con due centri di massima acuità visiva, può garantire la visione stereoscopica.
L’occhio a camera oscura è presente in tutti i vertebrati, terrestri e acquatici, nonché nei cefalopodi non nautiloidi. Non è sorprendente che gli esseri umani e i pesci condividano una struttura oculare simile, poiché discendono tutti dallo stesso lontano antenato, ma è curioso che polpi e calamari, che non condividono alcun antenato con gli esseri umani o altri vertebrati, abbiano evoluto un occhio a camera oscura, simile ma leggermente diverso, come esempio di evoluzione parallela.
L’occhio di tipo camera oscura ha una singola lente, che mette a fuoco l’immagine. Nei vertebrati terrestri, la luce entra attraverso la cornea, dove i raggi luminosi si piegano sulla superficie curva dell’occhio, passa attraverso la pupilla centrale e l’iride circostante e attraversa l’umor vitreo. Qui la luce viene ulteriormente focalizzata per cadere sulla retina, che si trova sulla parete curva posteriore dell’occhio.
Sulla retina si trovano le cellule sensibili alla luce chiamate bastoncelli e coni, che raccolgono le informazioni e le trasmettono al cervello attraverso il nervo ottico. I bastoncelli sono sensibili alla scarsa illuminazione e non rilevano i colori, ma consentono una visione migliore in condizioni di scarsa illuminazione. I coni hanno la massima risoluzione ed eccellono nel rilevare il movimento. In molte specie sono anche responsabili della visione dei colori.
Nei pesci, poiché l’acqua ambiente ha indice di rifrazione equivalente all’umor vitreo all’interno dell’occhio, i raggi luminosi non si piegano all’interfaccia tra aria e lente, e solo la lente è importante per la messa a fuoco. A differenza dei vertebrati terrestri, gli occhi dei pesci non possiedono una pupilla mobile e la cornea è inefficiente, quindi la lente svolge la maggior parte del lavoro per ottenere la visione nei campi vicino, intermedio e lontano.
Ciò si ottiene modificando la posizione della lente rispetto alla retina. Se il cristallino viene avvicinato alla retina, si ottiene la visione da lontano; se il cristallino viene spostato verso l’esterno, prevale la visione da vicino. In molti pesci demersali e di scogliera, l’impostazione predefinita per la visione è questa visione da vicino, che consente di vedere vicino al pesce e di avere un angolo di visuale più ampio rispetto a quando la lente è tirata indietro per la visione da lontano. I pesci predatori, in particolare gli squali, i pesci ago, i tonni e i carangidi, utilizzano la visione da lontano per individuare più facilmente le prede a distanza durante la caccia.
La maggior parte dei pesci di barriera vede abbastanza bene i colori. Vedono quello che vedono gli esseri umani, anche se possono elaborare le informazioni in modo diverso, in termini di luminosità e riflettività. Gli esseri umani sono tricromi – hanno tre recettori a cono, blu, verde e rosso – mentre la maggior parte dei pesci sono tetracromi, avendo un cono aggiuntivo sintonizzato sullo spettro ultravioletto. Questo permette ai pesci di vedere segnali e disegni invisibili all’uomo sui corpi dei loro conspecifici, dei loro compagni, dei loro vicini.
La visione del polpo si differenzia leggermente per la posizione della cornea, che fa sì che la luce sia trasmessa direttamente dalla lente alla retina senza dover passare attraverso i tessuti, fornendo al polpo un maggiore contrasto e una minore interferenza nell’elaborazione delle informazioni visive. L’occhio del polpo mette a fuoco attraverso il movimento, spesso indipendente, e l’espansione, la contrazione e la manipolazione muscolare. È in grado di vedere la luce polarizzata, il che potrebbe contribuire alla sua abilità nel comunicare, nella caccia e nella navigazione.
Si discute molto sulla capacità del polpo e di altri cefalopodi di vedere i colori. Possiedono un solo tipo di recettore della luce, il che dovrebbe significare che possono vedere solo in bianco e nero e nelle sfumature di grigio, ma la capacità di manipolare la loro pupilla a forma di U o di W può consentire alla luce di entrare nella lente da molte direzioni. Questo crea un’aberrazione cromatica accentuata, esemplificata da un’immagine con alone a frangia colorata, che dà al cefalopode informazioni cromatiche sufficienti per percepire il suo mondo.
È stato detto che “gli occhi sono la finestra dell’anima”. Sono l’organo sensoriale condiviso che troviamo affascinante in tutte le creature grandi e piccole, sulla terra e sotto il mare, e che lega tutte le specie tra loro, dando a ogni animale il meccanismo con cui vedervi meglio.
