Ojos de insectos: sistemas ópticos de múltiples pupilas

¿Son los observadores del cielo,

con sus diferentes instrumentos,

un tipo de ojo de múltiples pupilas?

 

Libélula, por isimar33, en www.flickr.com

Libélula, por isimar33, en www.flickr.com

La Unesco llamó al 2015 Año Internacional de la Luz. La luz, como la llamamos coloquialmente, es energía que se propaga, y que al interactuar con la materia produce una gran cantidad de fenómenos naturales. En particular, la luz que proviene del Sol tiene, entre sus componentes, la luz visible, que es percibida por nuestros ojos; la infrarroja (calórica), que percibimos en nuestra piel; y la ultravioleta, que favorece la formación de vitamina D en nuestro cuerpo y es usada para fijar el calcio al hueso, pero que somos incapaces de percibirla hasta que ya lesionó nuestra piel.

Así, durante la evolución de los seres vivos, una gran parte de los procesos de adaptación se dio con base en la luz que llegaba a su hábitat, pero también a la luz que reflejan los objetos (incluidos los seres vivos). En particular, el ojo de los seres vivos, considerado como instrumento óptico, manipula la luz reflejada por los objetos y la convierte en una imagen en la retina. Esta imagen es usada por el ser vivo, ya sea para alimentarse, reproducirse, y/o protegerse de los depredadores (que son instintos básicos de los seres vivos, aunque otros seres vivos desarrollaron otros sentidos para realizar las mismas funciones). Podemos decir que el ojo evolucionó y se adaptó a las diferentes condiciones y necesidades de los seres vivos con base en la luz que les llegaba del Sol.

Estamos familiarizados con ojos como los nuestros, los del perro, el gato, la vaca, el burro, en general, con los de los vertebrados. Sin embargo, existen seres vivos que tienen ojos diferentes a los nuestros, y quizá lo han notado, como la mosca, las abejas, las libélulas, las arañas, el camarón mantis, o la lagartija gecko (en ciertas condiciones de iluminación). ¿Qué tienen en común o de diferencia estos ojos?

¡Bien! Les recuerdo que el que escribe es físico con una línea de investigación en óptica. Así que aquí analizo al ojo de los seres vivos como un sistema óptico. Varias son las formas de describir a los sistemas ópticos: pueden ser simples o compuestos; de refracción (manipulan la luz con lentes), reflexión (manipulan la luz con espejos), o catadióptrico (manipulan la luz con lentes y espejos); de uno o muchos elementos ópticos, pupila (posición, tamaño, número), etcétera. La pupila es un orificio (real o imaginario) por el que pasa la luz hacia el receptor (en los seres vivos la retina).

Entonces, en términos de la pupila, los ojos de los seres vivos pueden ser de una o de varias. Entre los de varias pupilas se distinguen los de aposición y los de superposición. Los ojos de los artrópodos (insectos, arácnidos, miriápodos), anélidos (gusanos), y moluscos bivalvos son de múltiples pupilas y de aposición; mientras que los de los lipedópteros nocturnos (polilla, palomillas nocturnas) y crustáceos (camarones) de aguas profundas son de superposición. Así, tenemos ojos compuestos que desde el punto de vista de la óptica pueden ser considerados sistemas ópticos de múltiples pupilas.

En la Figura 1 esquematizo un ojo compuesto; está formado de hasta decenas de miles de elementos llamados amatidium (generalmente de forma hexagonal), que proveen al cerebro de un elemento de imagen. Cada omatidium se compone de la cornea (1), el cristalino (2), los fotodetectores (3), los rabdómeros (4) y llegan hasta el nervio óptico (5). Las componentes 1 y 2 son los formadores de imagen, y los 3, 4, y 5 son los detectores de luz. Así, la cornea y el cristalino manipulan la luz para formar la imagen y llevarla al rabdómero. Éste, que está rodeado por los fotoreceptores los cuales reconocen las diferencias de la luz, es como una guía que lleva la luz al nervio óptico.

En términos de dimensiones, la cornea y el cristalino son aproximadamente 10 por ciento del omatidium, el rabdómero y células que lo rodean son el 90 por ciento restante. El diámetro transversal de un omatidum puede variar de entre cinco y 50 micrómetros (un micrómetro es una millonésima de metro, el diámetro de un cabello promedio es de 100 micrómetros).

Cada omatidium provee al cerebro con un elemento de imagen. La Figura 2 muestra cómo se forma la imagen en función del número de pupilas. Tenemos la imagen formada por un sistema de una sola pupila, después la imagen formada por un sistema de múltiples pupilas y del tipo aposición, y la imagen formada por un sistema de múltiples pupilas del tipo superposición. En los casos de los sistemas de múltiples pupilas de aposición o superposición, observamos como cada omatidium forma una imagen individual. La diferencia radica en que la imagen formada por el de aposición se conforma por las imágenes individuales y diferentes de cada omatidium, mientras que la imagen que forma el de superposición está compuesta por todas las imágenes individuales de cada omatidium, las cuales son la misma imagen superpuesta en la retina.

Veámoslo con los conceptos físicos de la agudeza visual y de sensibilidad. La primera tiene que ver con la capacidad de distinguir objetos pequeños, y la segunda con la capacidad de distinguir objetos con poca luz. Algunos sistemas ópticos poseen mejor agudeza visual o mejor sensibilidad, otros poseen ambas que dependen de las condiciones de iluminación. Entonces, los ojos de múltiples pupilas evolucionaron para proporcionar sensibilidad, agudeza visual, o ambas.

Por eso me gusta pensar que el trabajo de los astrónomos con sus telescopios (de lentes o de espejos, o de lentes y espejos) son como ojos compuestos (sistemas ópticos de múltiples pupilas). De tal manera que cuando varios telescopios son apuntados al mismo objeto es un ojo de superposición tratando de obtener la mayor información del objeto (“mejorar la agudeza visual), y que cuando se apuntan a objetos diferentes, son como ojos de aposición tratando de formar una imagen compuesta, pero única, del universo.

 

paco@inaoe.mx