NeoFronteras

Un ojo de pez reflector

Área: Biología,Paleontología — lunes, 12 de enero de 2009

Descubren al único vertebrado que utiliza un sistema reflector para enfocar imágenes en lugar de la tradicional lente.

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Foto: University of Bristol.

Los aficionados a la astronomía saben que hay telescopios refractores y telescopios reflectores. En los primeros una lente concentra la luz en un punto focal y en el segundo es un espejo el que se encarga de hacerlo. Los primeros telescopios profesionales eran refractores pero ya todos son reflectores, esto permite telescopios con un espejo primario muy grande que además carezca de aberraciones cromáticas.
Por otro lado, los animales disponen de ojos para ver, que son al fin y al cabo dispositivos ópticos. Según algunos expertos los ojos aparecieron gracias a la evolución unas 7 veces de manera independiente a lo largo de la historia biológica. Se especula que si hay vida en otros planetas los seres complejos que los habiten también tendrán ojos y en la mayoría de los casos a pares, ya que así es posible la visión estereoscópica que permite calcular distancias.
Los ojos se presentan en varios diseños y en dos tipos principales. En el primero cada fotorreceptor posee un sistema óptico sencillo con su lente dedicada, como los ojos compuestos de los artrópodos. En el segundo tipo una red de fotorreceptores se sitúa en el fondo de una cavidad con un agujero hacia el exterior en el otro extremo, de tal modo que el sistema funciona como una cámara oscura que el añadido de una lente enfocable sobre dicho agujero mejora sus prestaciones. Nuestros ojos proceden de este diseño y nuestras cámaras fotográficas se parecen mucho a él.
Según esta idea los ojos de todos los animales serían refractores, con lentes que permiten enfocar las imágenes. Pues no, hay un pez, Dolichopteryx longipes, que ha desarrollado ojos reflectores que utilizan un espejo en lugar de una lente para formar las imágenes.
En 500 millones de años de evolución animal compleja con miles de especies con diferentes clases de ojos esta especie es la única conocida (fósil o viva) que ha resuelto este problema óptico de la formación de imágenes visuales con una solución por reflexión en lugar de por refracción. Este descubrimiento se ha realizado gracias a un estudio de Julian Partridge de University of Bristol.

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A simple vista Dolichopteryx longipes parece que tiene cuatro ojos, pero no es así. Sólo tienen dos ojos, pero muy sofisticados y divididos en dos partes. Una parte apunta hacia arriba, dando al pez una visión del océano y de la posible comida potencial que esté por encima de él. La otra parte, o parte diverticular, apunta hacia el abismo que se extiende bajo él y a los posibles depredadores. Este diseño es único entre los vertebrados y en su segunda parte usa espejos para formar imágenes.
Este ser es un pez abisal que vive a gran profundidad. Pero a 1000 m bajo la superficie del mar hay muy poca luz y los peces que viven en ese entorno tienen adaptaciones particulares que les permiten aprovechar esa luz tan escasa. Algunos de los seres que hay allí tienen capacidades bioluminescentes y emiten su propia luz. Los ojos de este pez permiten recoger esa luz y así saber si hay cerca otros animales activos por debajo de su vulnerable vientre.
Dolichopteryx longipes pertenece a una familia de peces descubierta hace 120 años, pero nadie había descubierto los ojos reflectores de este pez porque ningún ejemplar vivo había sido capturado, hasta que hace poco Hans-Joachim Wagner de la Universidad de Tuebingen y su equipo capturaron un espécimen en el Pacífico cerca de la isla de Tonga.
Esta familia de pequeños peces abisales contiene unas trece especies conocidas en seis géneros y se encuentran en aguas tropicales del Atlántico, Pacífico e Índico. Casi todos ellos se caracterizan por tener unos ojos fijos en forma de barril que siempre apuntan hacia arriba. Algunos peces de esa familia extienden su visión lateralmente gracias a orificios, pero este sistema proporciona “imágenes” sin enfocar. Esto sólo permite detectar objetos y no proporciona buena resolución espacial. Dolichopteryx longipes, sería único al añadir una parte extra reflectora (un espejo) que permite enfocar imágenes. Por tanto, este ojo no habría evolucionado desde la nada.

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Detalle de los ojos de Dolichopteryx longipes. La parte anaranjada corresponde a los ojos normales en forma de barril que miran hacia arriba y es un efecto del flash usado para tomar la foto al iluminar la retina. La parte oscura no devuelve la luz de flash que viene de arriba sino que refleja la luz que eventualmente viene de abajo hacia una retina lateral. Foto: Tammy Frank.

Las fotografía que tomó con flash Tammy Frank produjeron unos reflejos oculares típicos (el conocido efecto “ojos rojos” que se ve en fotos tomadas a personas) procedentes del tubo principal que apunta hacia arriba, pero no de la parte diverticular que apunta hacia abajo. Esta parte refleja la luz que viene de abajo.

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Fotografía tomada desde abajo en la que señala con una flecha el “espejo” del ojo diverticular.

La confirmación de la extraña óptica de los ojos de este ser vino del estudio anatómico que efectuó Partridge. El “espejo” usa pequeñas plaquitas de cristal orgánico dispuestas de manera apilada en multicapas y probablemente evolucionadas a partir del tapate retinal. Esta forma de reflejar luz no es un hallazgo evolutivo único y es la razón por la que algunos peces son plateados, pero en este caso la disposición y orientación (con un ángulo progresivamente variable) está controlada en una forma específica para reflejar la luz hacia un punto focal. Las simulaciones computacionales de Partridge muestran que la orientación precisa de las placas, junto con la superficie curvada es perfecta para enfocar la luz sobre la retina lateral del ojo de este pez.
El uso de un espejo en lugar de una lente tendría ventajas potenciales a la hora de conseguir imágenes de alto contraste en este caso. Obviamente, tener la habilidad de ver objetos móviles a esa profundidad podría significar la diferencia entre la vida y la muerte de este pez, y sería la razón última por la que este sistema habría evolucionado.

Fuentes y referencias:
Noticia en University of Bristol.
Nota de prensa en Florida Atlantic University.
Artículo original (resumen).
Sobre los primeros ojos.
Pruebas fósiles de estadio intermedio en la evolución del ojo.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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15 Comentarios

  1. tomás:

    Alguna vez he realizado la experiencia personal de tratar de tocar un punto con el índice usando un sólo ojo. Me he dado cuenta de que he acertado muchas más veces de lo esperado y he deducido que el cerebro va corrigiendo, rápidamente y sobre la marcha, la trayectoria de mi dedo a base de comparar su posición con los objetos cercanos a la diana, en una especie de “previa corrección del posible error”.
    Viene esto a cuento porque pájaros y peces viven en un medio tridimensional y el hombre también podría añadirse al haber vivido sus ancestros y ahora sus parientes próximos en el médio arbóreo, también tridimensional. Para el cálculo de una distancia bastan dos ojos gracias a una “trigonometría natural”, pero no para determinar la posición de un objeto. Para ello se precisarían tres. Y es que creo que el cerebro hace algo similar a lo apuntado en el primer párrafo; de ahí que quien dispara a una diana, pronto halla la solución horizontal, pero suele corregir de abajo arriba, o viceversa, mucho más que lateralmente -aquí pido opinión a los aficionados al tiro olímpico pues se trata de una experiencia también personal que nunca he comentado, aunque pienso hacerlo muy pronto-.
    La cuestión es: ¿Por qué no tenemos tres ojos? Sobre todo animales como el camaleón que necesitan conocer la posición exacta de su presa y no sólo su distancia. ¿Quizá el cerebro lo suple procesando el movimiento de los músculos del ojo a través del nervio oculomotor?
    Un problema a resolver y un saludo, además de mi felicitación por este bonito artículo que demuestra la complejidad de la evolución.

  2. lluís:

    Pues quizás hoy todos los telescopios son reflectores, pero estos días he estado mirando telescopios en tiendas porque tengo que comprar uno, y todavía me he encontrado con telescopios refractores. En cuanto al artículo, es verdaderamente interesante y cada vez resulta más sorprendente la enorme capacidad que tiene la selección natural para hallar ventajas adaptativas. Probablemente no les haga mucha gracia a los del creacionismo inteligentemente diseñado este hallazgo.

  3. NeoFronteras:

    Estimado Tomás:
    Efectivamente la visión es algo más que unos ojos. Sin todo el “software” cerebral que hay detrás no nos servirían de mucho.
    En cuanto al cálculo de distancias con un solo ojo, el cerebro puede que se valga del grado de enfoque para este fin en ausencia de visión estereoscópica. La Naturaleza casi siempre ha escogido la solución de los dos ojos y el procesamiento cerebral que hay detrás de la percepción de la profundidad es ingente. Es algo que el cerebro de los ciegos no consigue hacer una vez que éstos recuperan la visión gracias a una operación. Pedir más procesamiento quizás sea demasiado costoso.
    Hay que tener en cuenta también que los ojos no forman imágenes puntuales, sino imágenes que cubren una superficie. Quizás gracias a esto se consiga todo el 3D que necesitamos.
    Sin embargo, en el documental “Alien Worlds, Blue Moon” (está disponible en Emule) se especula con unos seres que tienen tres ojos con los que cubren 360 grados de visión. Aunque esto es algo que probablemente nunca sabremos.

  4. NeoFronteras:

    Estimado Luís:
    Hay telescopios refractores de aficionado, pero no profesionales. Los de aficionado de mejor relación prestaciones/precio probablemente sean los catadriópticos, que son una mezcla de reflector y refractor. Uno de 200mm u ocho pulgadas de abertura (no confundir con distancia focal) puede salir por menos de 2000 euros y es un instrumento fabuloso si el cielo acompaña. Los hay de incluso de 400 mm, pero a precios excesivos.

  5. lluís:

    Sí, efectivamente los catadriópticos tambien los estuve mirando.Todavía no tengo decidido que voy finalmente a comprar,así que muchas gracias por el consejo.

  6. Gerardo:

    Es un artículo muy interesante. Quisiera hacer una pregunta aclaratoria.
    Si no malinterpreto la fotografía de la sección del ojo, la parte derecha se corresponde con el lado externo del ojo, donde debería estar la pupila en el caso de un ojo normal. La zona azulada será el espejo y la línea naranja la retina. ¿Me equivoco o estoy en lo correcto?

  7. NeoFronteras:

    No, el “espejo” está a la derecha. Lo azulado simboliza la trayectoria de la luz que viene de abajo y que se enfoca en la retina de la izquierda.

  8. tomás:

    A ver, Neo: No “no” a Gerardo sino “sí”. El espejo de la derecha es azul y ahí estaría la pupila en el resto de los seres conocidos y lo naranja, que está a la izquierda, es la retina. Desde luego el haz de luz es azul. Quizá habéis leído muy rápidamente.
    Un cordial saludo.

  9. tomás:

    Estimado Neo:
    Respecto a la respuesta 3, los tres ojos de “Alien Worlds”, cumplirían una función de detección, pero yo me refiero a precisión. Es muy cierto lo que decís de la superficie. Por ejemplo, aunque las presas del camaleón son muy pequeñas, no son puntuales y, además, el extremo de la lengua es amplio. Quizá esa sea la explicación que yo buscaba, aunque la caza de un ave a otra en rápido movimiento que, además debe prever la posición de la víctima en el momento del choque -me refiero, sobre todo, a los halcones- requiere, como dices una complejísima organización cerebral.
    Un agradecido saludo.

  10. NeoFronteras:

    Sí, probablemente Gerardo tiene razón, aunque el único azul que se ve claramente es el del haz, pero esto a veces depende del monitor.
    La parte de la izquierda parece ser el exterior del pez.

  11. RicardM:

    Lluis, hace un par de años y con ayuda de mi hijo, construimos un reflector con espejo primario de 220 m de diámetro y montura azimutal. Nada que ver con los catadriópticos de montura ecuatorial, desde luego, pero el precio tampoco tiene nada que ver: toda la óptica (buscador incluído) la compré en Optica Pedret por unos 300 euros. Para lo demás, bricolage del fino. Para empezar esta muy bien. Nos pasamos horas viendo la luna, los anillos de saturno, cumulos estelares, nebulosas (la del cangrejo es especialmente bella) y alguna galaxia.

    Saludos.

  12. lluís:

    Gracias por tu amabilidad RicardM. Admiro a los “manitas”, pero yo más bien soy un chapuzas con las manos (el bricolage no es lo mio definitivamente). Para empezar, me falta paciencia y me falta tiempo, y luego con sólo pensar que si llegara a comprar la óptica, a lo peor no podría construir (por manazas) el aparatito en cuestión…casi que prefiero rascarme el bolsillo…y mira que eso de que tú saliste tan bien librado con 300 euritos me da una cierta envidia. No me extraña que pasaras (junto con tu hijo) horas contemplando todos esos objetos celestes que dices. Una vez le has echado un vistazo al cielo, es difícil “volver” a la Tierra.

  13. Gerardo:

    Efectivamente, con azulado me refería a esa zona curva que aparece pegada a la “pared” de ojo. Que “la otra cosa” azul es una representación del haz parece bastante claro. Lo de cuál es el lado externo ya no lo veo tan fácil. Si tuviera que apostar no sabría cuál escoger. Con un primer vistazo sí parece que el lado izquierdo es el externo, pero siendo ese el lado en el que se enfoca la imagen, podría sospecharse que tal vez sea el interno, pues en un ojo “clásico” la imagen se enfoca en la zona de “atrás”. Aunque no es descabellado que un animal que ha desarrollado espejos oculares también haya reconfigurado sus retinas.

    Saludos.

  14. tomás:

    Veamos: La línea bajo la segunda figura comienza: “A primera vista…parece que tiene cuatro ojos…Sólo tienen dos ojos…Una parte apunta hacia arriba, dando al pez una visión del océano…La otra parte, o parte diverticular, apunta hacia el abismo…”. De esta descripción se sigue que lo que vemos en las dos últimas fotos, los círculos anaranjados centrales, han de corresponder a aberturas dirigidas hacia arriba.
    La penúltima frase antes de la tercera foto dice: “…sería único AÑADIR UNA PARTE EXTRA reflectora…” Esto parece indicar que si hay una parte extra reflectora, existe una parte no extra y no reflectora. Por tanto ese ojo podría tener una lente enfocada hacia el abismo.
    En el pie de la tercera foto, en la última frase se escribe: “La parte oscura no devuelve…refleja la luz…de abajo hacia una retina lateral”. Esto nos conduce a que, o bien esa retina es capaz de captar dos imágenes simultáneamente, supongo que focalizadas por separado o que hay dos retinas, lo que nos podría llevar a los cuatro ojos ya descartados.
    Otra solución es que esa retina tenga dos superficies funcionales, la de la derecha en la primera ilustración, para recibir lo reflejado y la de la izquierda dedicada a lo refractado y que lo que se ve a la izquierda de la retina sea lo que corresponde a un ojo normal. En tal caso la duda de Gerardo en 13, yo la resolvería, contra la opinión de Neo en 10, diciendo que la parte interna es la de la derecha.¿?
    ¡Jo, Watson! Un abrazo muy analítico.

  15. NeoFronteras:

    Se ha añadido una fotografía más que espero aclare mejor la anatomía de este pez. Por desgracia no tengo acceso al artículo original completo, así que siempre quedará alguna duda.

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