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La visión ultravioleta de los renos

juanignacio — Thu, 02 Feb 2012 16:00:28 +0000

Los renos (Rangifer tarandus) son capaces de percibir radiaciones electromagnéticas de muy corta longitud de onda. Pueden ver “luz” de más alta frecuencia que la de las radiaciones que corresponden al violeta en el espectro visible para la mayoría de mamíferos. Y digo la mayoría de mamíferos, porque el reno no es el único animal que posee esa capacidad en los miembros de nuestra clase; ratones, ratas, murciélagos y algunos marsupiales también la poseen. Pero el caso del reno es diferente.
Los mamíferos que he citado son animales que viven en entornos oscuros o en penumbra; podría incluso decirse que son animales fotófobos. Por eso es diferente el caso de los renos, porque estos ungulados no son fotófobos. Pero antes de hablar de los renos, me referiré a la visión del color, pues es necesaria una explicación previa al respecto.
En la naturaleza no existen los colores. Lo que hay en el universo son radiaciones electromagnéticas de diferentes frecuencias, y entre esas radiaciones no hay límites ni barreras. Son los sistemas visuales de los animales los que “crean” los colores. Una de las componentes del sistema visual (la retina en los ojos de vertebrados) contiene, en sus células, moléculas fotorreceptoras denominadas pigmentos visuales; cuando determinadas radiaciones electromagnéticas inciden en esas moléculas, se excitan; esto es, absorben la energía de la radiación y cambia su conformación. Ese cambio de conformación da inicio a una secuencia de acontecimientos dentro de la célula fotorreceptora que conduce a que se produzca una variación en el potencial eléctrico de su membrana. Y como consecuencia de ello, esa parte del sistema visual envía a la corteza cerebral señales bioeléctricas que son decodificadas en el cerebro como información visual.
Como es sabido, el espectro electromagnético es muy amplio, pero los animales solo son capaces de percibir las ondas que se encuentran dentro de un pequeño intervalo de frecuencias; es al que denominamos “espectro visible”. Ese espectro visible es, además, diferente en unos animales y en otros. Y la razón por la que no todos los animales vemos en el mismo intervalo ni percibimos los mismos colores es que cada especie dispone de su propio lote de pigmentos visuales. Unos pigmentos absorben radiaciones de unas longitudes de onda y otros las absorben de otras. Dependiendo de cuál es el intervalo de longitudes de onda que mejor son absorbidas por los pigmentos, así será la amplitud del espectro visible, así como los colores que puede diferenciar un animal.
Si un animal solo tiene un pigmento visual, da igual cuál sea la longitud de onda que absorbe con mayor eficiencia; detectará luz, pero no diferenciará colores. Si hay dos pigmentos, habrá dos longitudes de onda que absorberá con alta eficiencia, y si hay tres pigmentos, serán tres. El caso es que un sistema visual con más de un pigmento puede diferenciar las características de la radiación que emiten los objetos en función de la intensidad relativa con la que emite en cada zona del espectro visible. He dicho antes que los colores los crea el sistema visual porque son el resultado de la absorción diferencial de las ondas electromagnéticas por parte de determinadas moléculas. Sin ellas, no habría colores.
La retina de los seres humanos tiene dos tipos de fotorreceptores, conos y bastones. En los bastones hay un único pigmento, y es especialmente adecuado para la visión en condiciones de baja intensidad lumínica. Tenemos tres tipos de conos, cada uno con un tipo diferente de pigmento visual. Uno, el del azul-violeta, absorbe ondas en el intervalo de 400-500 nm de longitud (máxima a 430 nm); otro, el del verde, las absorbe en el intervalo 450-630 (máxima a 545 nm); y el tercero, el del rojo-amarillo, en el intervalo 500-700 nm (máxima a 570 nm). Todas las radiaciones que atraviesan la córnea llegan a la retina, pero no todas provocan en los tres fotorreceptores las mismas respuestas eléctricas. Esas respuestas eléctricas son procesadas por la corteza visual del cerebro y dependiendo de la intensidad con la que le llegan las respuestas procedentes de unos y otros fotorreceptores, así será el color que percibimos. Por ejemplo, si la radiación que emite un objeto se caracteriza por la mayor intensidad de las ondas de baja frecuencia (dentro siempre del espectro visible), el objeto lo veremos rojo, y si se caracteriza por la mayor intensidad de las de alta frecuencia, lo veremos azul o violeta. En la especie humana esos son los extremos entre los que vemos y diferenciamos colores.
Como antes he señalado, hay diferencias entre unos animales y otros en lo que se refiere a su capacidad para ver colores. Muchos insectos, por ejemplo, disponen de receptores que absorben con alta eficiencia ondas de longitud más corta que la de la luz violeta; esos insectos ven las radiaciones ultravioletas. Hay serpientes cuyos pigmentos visuales absorben ondas cuya longitud es más larga que la del rojo; esas serpientes ven radiaciones infrarrojas. Y hay animales que, como antes he señalado, no ven colores.
La capacidad que tienen los renos para percibir luz ultravioleta no tiene la misma base que la de los insectos. Los renos no tienen ningún pigmento para ello que no tengan otros ungulados; cuentan con los mismos pigmentos que el resto, solo que el pigmento que absorbe las ondas de menor longitud de onda (máxima frecuencia), llega a absorber longitudes de onda más cortas que las que absorben otros mamíferos. Esto es, el pigmento que en el resto de mamíferos absorbe la luz azul, es capaz de absorber también ciertas ondas de la zona ultravioleta del espectro.
En las altas latitudes la proporción de “luz ultravioleta” es relativamente alta. En las zonas próximas a los polos los rayos solares han de atravesar una mayor porción de atmósfera antes de incidir en la superficie de la Tierra y ello conlleva una mayor dispersión de la luz (llamada dispersión de Rayleigh). La dispersión depende, a su vez, de la longitud de onda, y es mayor en la parte del espectro correspondiente a las radiaciones ultravioletas que en la de la luz visible para nosotros. En las proximidades de los polos una parte importante de la radiación solar es la que resulta de la dispersión, y dado que la radiación ultravioleta contribuye en una medida muy importante, en esas zonas, las radiaciones de alta frecuencia son especialmente importantes en ellas. Además la nieve y el hielo llegan a reflejar hasta el 80% de las radiaciones ultravioletas, y eso es algo que ocurre con especial intensidad hacia el final del invierno y comienzo de la primavera, cuando la nieve cubre el paisaje y el día se alarga rápidamente. Por otra parte, en los días de mitad del invierno, cuando el sol se halla por debajo de la línea del horizonte, y en los amaneceres y atardeceres de finales del otoño e inicio de la primavera, la mayor parte de la luz es la que procede de la dispersión, no es luz incidente directa. Por lo tanto, es una luz con una importante componente de radiaciones de onda relativamente corta, y por lo tanto, ultravioleta y próxima al ultravioleta.
Así pues, en el entorno en el que se desenvuelven los renos es muy importante contar con la posibilidad de percibir las radiaciones próximas al ultravioleta. Además, los líquenes del género Cladonia, que son parte muy importante de la dieta de los renos, absorben en mayor medida la luz ultravioleta que otras longitudes de onda; y gracias a ello, en condiciones de baja intensidad de luz, los renos distinguen mucho mejor esos líquenes. Y por otro lado, el pelaje del lobo blanco refleja la luz ultravioleta en una proporción muy pequeña, lo que facilita al reno el poder distinguir en la nieve al que es su principal depredador. Las ventajas que para los renos representa el poder percibir longitudes de onda inferiores a las que perciben el resto de ungulados son evidentes; esas ventajas se traducen en mejores condiciones para el crecimiento y menos riesgo de ser depredados.

Fuente: Christopher Hogg, Magella Neveu, Karl-Arne Stokkan, Lars Folkow, Phillippa Cottrill, Ronald Douglas, David M. Hunt & Glen Jeffery (2011): “Arctic reindeer extend their visual range into the ultraviolet” The Journal of Experimental Biology 214: 2014-2019

El pez de la cabeza transparente

juanignacio — Sun, 26 Sep 2010 22:43:00 +0000

En la entrada anterior me ocupé de los ojos tubulares y para terminar inserté un video en el que aparece uno de los peces que tiene ojos tubulares, Macropinna microstoma. Al final del texto volveré a insertar el video, porque es de esta misma especie de la que trato en esta entrada. Esta especie es la única conocida del género Macropinna, que pertenece a la familia Opisthoproktidae. Los peces de esta especie viven en las zonas subárticas y templadas del Océano Pacífico, a profundidades que van de los 600 a los 1.000 m, o lo que es lo mismo, en las áreas de mayor profundidad dentro de la zona mesopelágica. Su rango de distribución geográfica se extiende desde el Mar de Bering en el norte hasta el Japón por el oeste y Baja California por el este.

La especie fue descubierta en 1939, por lo que sus características son conocidas desde hace tiempo. Son peces pequeños, de 4-5 cm de longitud y lo más reseñable de su aspecto es el pequeño tamaño de su boca y los dos ojos tubulares que se encuentran en la parte superior de la cabeza y que apuntan hacia arriba. El nombre común en inglés de esta especie de opistopróctidos es “barreleye”, y en español se les llama “ojobarril”.

Hasta hace poco tiempo era un misterio el modo en que se las arregla Macropinna para atrapar a sus presas, puesto que sus ojos tubulares están en la zona dorsal del cuerpo y la boca se encuentra en la parte anterior. Esto es, la boca no se halla dentro del campo de visión. Así pues, ¿cómo se las arregla para atrapar sus presas si los ojos miran hacia arriba y la boca está dirigida al frente?

Hasta que en 2008 no se publicaron las observaciones hechas en 2004 “in situ” por un grupo de investigadores del Acuario de la Bahía de Monterrey (California), no se ha aclarado el modo de alimentación, paradójico, de estos peces. Gracias a las imágenes grabadas en video hemos tenido conocimiento de su verdadero aspecto. Cuando enviaron el aparato para tomar imágenes y recoger ejemplares al lecho marino y consiguieron grabar las primeras imágenes de Macropinna, lo que más llamativo les resultó fue que la cabeza de estos peces era mayor de lo que pensaban y que además…. ¡era transparente! Desde 1939 hasta entonces nadie se había percatado de ese hecho, seguramente porque los ejemplares capturados con redes de aguas profundas llegaban muy dañados a la superficie y no se conservaba una estructura tan frágil.

En el video se aprecia con nitidez el aspecto real de la cabeza y su transparencia. La cubierta transparente comienza en el punto en el que se encuentran las rosetas nasales, estructuras que asemejan unos ojos, y termina en el punto en que empiezan las escamas en la zona dorsal. Los ojos tubulares quedan protegidos dentro de esa cubierta transparente y se disponen bajo unas copas verdes que se ven con gran claridad en las imágenes; esas copas son las lentes de los ojos y el pigmento verde permite absorver la escasísima luz que llega a esas profundidades. De esa forma pueden detectar mejor la luz procedente de los organismos bioluminiscentes que pululan por allí abajo. Como he señalado antes, las estructuras que se aprecian encima de la boca y que parecen ojos tristes son orificios nasales y los ojos verdaderos se encuentran en el interior, en la parte superior, inmersos en un fluido que llena la cámara que configura el escudo craneal transparente.

Pero además de lo anterior, los investigadores que operaban el vehículo submarino hicieron otro descubrimiento. Si bien los ojos se encuentran apuntando hacia arriba, resulta que pueden modificar su disposición y orientarlos hacia delante. Al examinar los ejemplares trasladados al laboratorio observaron que el máximo ángulo de giro de los ojos llegó a ser de unos 75º. Era sabido que estos peces tienen una musculatura muy compleja, pero hasta que no se vio girar los ojos, no se pudo atribuir esa gran complejidad a nada concreto. Cuando los ojos se encuentran en su posición habitual, informan de lo que ocurre por encima de ellos y cuando detectan algo interesante para comer, pueden acercarse al plano de la boca para mejorar la efectividad del ataque a la presa potencial. Por otra parte, el poder mover los ojos de esa manera incrementa notablemente el campo visual, y además de ver lo que ocurre por arriba, también pueden ver lo que pasa a los lados y al frente. Así pues, es la capacidad para girar los ojos lo que permite a Macropinna ver ante su boca la presa que se dispone a atrapar.

Los ojos de Macropinna son ejemplos de una adaptación evolutiva espectacular. Si ya era notable la anatomía y funcionamiento de los ojos tubulares, así como su valor adaptativo en aguas de luz tan escasa, la posibilidad de hacer girar los ojos con tanta amplitud multiplica de forma considerable sus prestaciones en ese entorno tan especial.

Ojos tubulares

juanignacio — Sat, 18 Sep 2010 16:00:00 +0000

Hay grandes diferencias entre unos ojos y otros. Y no me refiero a los ojos de la gente, sino a los de las distintas especies animales. Los nuestros, por ejemplo, son esféricos, como los de muchos otros animales, pero hay más modelos en el reino animal y entre ellos también los hay de forma tubular. La verdad es que los ojos tubulares (o cilíndricos) no son nada comunes; sólo se han descrito en once familias de peces y en algunos animales terrestres de vida nocturna. En la mayor parte de los peces con ojos tubulares, éstos están dirigidos hacia arriba (en los géneros Argyropelecus, Hierops y Opisthoproctus), pero hay unos pocos que los tienen dirigidos hacia adelante (Stylephorus chordatus, Gigantura indica o Winteria telescopa, por ejemplo)

Los ojos tubulares son muy raros en el mundo animal, pero no lo son tanto en peces que viven en aguas muy profundas, y eso no es en absoluto casual. De hecho, los ojos tubulares son especialmente adecuados para la visión en entornos de luz muy tenue. A mil metros de profundidad llega muy poca luz, y es muy importante el poder percibir la poca que llega, tanto para detectar a los depredadores que pueda haber cerca, como también a las presas potenciales. Por la misma razón, en esas zonas puede ser cuestión de vida o muerte disponer de capacidad para detectar la biolumniscencia, así como percibir correctamente la dirección de los tenues rayos de luz.

Los ojos tubulares tienen lentes de gran apertura, lo que facilita la recepción de la luz. Los túbulos la conducen hasta una retina de estructura compleja y adaptan la longitud focal de la lente. El par de ojos tubulares, dispuestos uno al lado del otro, incrementa la sensibilidad, posibilita la percepción de contrastes, y provoca una amplia superposición binocular de los campos de visión, lo que permite una percepción más precisa de la profundidad.

Claro que no todo son ventajas, puesto que un nivel de especialización tan alto también tiene sus inconvenientes. Por comparación con los esféricos, el campo de visión de los ojos tubulares es muy limitado y, por otra parte, si bien el tejido retinal puede hallarse en la pared de los ojos, las imágenes que llegan a esas zonas no se pueden enfocar.

Por otra parte, y como ya se ha dicho, la forma tubular no es la única rareza de estos ojos. Algunas de las especies que los poseen los tienen dirigidos hacia arriba, y hay una muy buena razón para ello. Gracias a los dos ojos tubulares paralelos dirigidos hacia arriba pueden ver el perfil de los posibles depredadores recortado a contraluz, y aunque ese contraluz sea muy débil debido a la escasa intensidad de la luz que llega hasta las aguas profundas, es suficiente como para estimar con bastante precisión a qué distancia se encuentran. Por otro lado, los peces que tienen los ojos dirigidos hacia delante colocan su cuerpo en posición vertical para poder atacar desde abajo a las presas cuya presencia detectan. Los ejemplares de Stylephorus chordatus se mueven como si se encontrasen suspendidos, colgando de un hilo; se colocan al lado de la presa y abren entonces la boca a toda velocidad, sirviéndose de la corriente que generan para atrapar a la presa. Los miembros del género Gigantura indica utilizan un procedimiento muy similar.

La verdad es que los ojos tubulares son muy extraños. Nos resultan extraños y además, muy pocos animales los tienen. Pero está claro que reportan ventajas a los peces que viven en aguas profundas a las que llega una luz de mínima intensidad. Y esa es la razón por la que los tienen.

VIDEO. El pez que aprece en el video (Macropinna microstoma) posee ojos tubulares, pero no son los que aparentan ser los ojos (en la parte frontal), sino que se hallan dentro de un cráneo transparente. Aunque en una entrada próxima me ocuparé de esta especie de nuevo, me ha parecido interesante incluir aquí el video.