NeoFronteras

Nuestra vista evolucionó en África

Área: Biología — martes, 1 de marzo de 2011

La disposición de conos de nuestra retina y, por tanto, nuestra percepción del color, evolucionó en la sabana africana.

Foto
Una de las fotos con una tabla de calibración. Fuente: UPenn Natural Image Database.

Desde los albores de la vida compleja, cuando por primera vez se inventó el sentido de la vista, la evolución ha desarrollado diversos modos mediante los cuales los animales pueden ver el mundo que les rodea. Todo empezó cuando la aparición de la depredación hizo que unas criaturas estuvieran vigilantes por si aparecía un depredador y éste afinara su vista para no morirse de hambre. Al fin y al cabo, la luz es capaz de transportar información de un modo mucho más rápido y preciso que el sonido o el olor. Esta carrera de armamentos evolutiva perfeccionó el sentido de la vista ajustándolo a las necesidades de cada especie.
Desde el ojo de calcita del trilobites al ojo de retina perfecta del pulpo, el Universo ha podido contemplarse a sí mismo de muchas maneras. Aunque el gen maestro que durante el desarrollo embrionario dice “haz unos ojos” es prácticamente el mismo desde la explosión del Cámbrico y dota de ojos a una mosca de la fruta, a un ratón o a un ser humano, la responsabilidad de los detalles de la fisiología del ojo o de su particular modo de percibir el mundo corresponde a genes específicos de cada especie.
Hay algo que es común en la visión todas las especies terrestres y es que ésta depende de la estrella que nos ilumina. El Sol, una estrella de clase espectral G2 a 5778 K, tiene el pico de emisión en lo que llamamos espectro visible, una pequeña franja de todo el espectro electromagnético. El espectro visible es visible porque la vida ha evolucionado bajo esa iluminación, optimizada para ver las frecuencias en las que más emite el Sol. Otros seres, bajo otros tipos de estrellas, serán iluminados con otra luz y verán su mundo de manera distinta, quizás bajo colores infrarrojos.
Además, nuestra atmósfera difunde el color azul y las criaturas que viven bajo el agua se las tienen que ver con un filtro que lo convierte casi todo en lo que nosotros llamamos azul. Dependiendo de en donde viva así habrá evolucionado el sentido de la vista de una determinada especie animal.
Los conos de nuestros ojos, responsables de nuestra visión del color, se disponen en forma de mosaico sobre la retina, pero este patrón no es aleatorio. Se ha propuesto que las retinas están adaptadas al entorno visual del animal en cuestión y que habrían evolucionado para extraer la máxima información posible del medio. Es la hipótesis de la codificación eficiente. Así por ejemplo, las retinas de los peces que viven a distintas profundidades tienen un patrón distinto porque los colores de la luz que los ilumina dependen de la profundidad.
La estructura de la retina también dependerá de los hábitos de vida del animal. Así por ejemplo, la nocturnidad modificará su sentido de la vista, priorizando bastones frente a conos y sensibilidad frente a percepción de color.
La evolución ha desarrollado distintos pigmentos que son sensibles a una gama de frecuencias distinta para poder detectar distintos colores. De este modo, los humanos tenemos tres tipos de conos que contienen distintos pigmentos para así detectar prioritariamente el rojo, el verde y el azul. Todos los colores que vemos son combinaciones de las señales que nos llegan de esos tres tipos de conos, de esos tres pigmentos. A veces, diferentes tipos de combinaciones producen la misma señal y sensación de color, pues con sólo tres pigmentos no se puede captar toda la riqueza de color posible.
Otros animales tienen más pigmentos que nosotros y otros menos. Así por ejemplo, la galera tiene 16 pigmentos distintos y su mundo tiene unos colores que a nosotros nos es imposible distinguir entre sí. Colores que no podemos ni imaginar.
Incluso las humildes abejas pueden ver el ultravioleta para así distinguir los patrones que bajo este “color” aparecen sobre las flores. Su “espectro visible” está desplazado respecto al nuestro.
Pero todos los colores que un ratón, una mosca o un humano ven son sólo sensaciones en nuestros cerebros, percepciones de la realidad. Nunca sabremos cómo es la sensación de color rojo del humano de al lado, aunque designemos con la misma palabra (independientemente del idioma usado) la misma región del espectro electromagnético. De esa sensación, de esa percepción del color, se encarga una pequeña región del cerebro del tamaño de una alubia denominada V4 que está situada en la corteza visual secundaria. De todo el color del mundo, de las rojas rosas, de los amarillos tulipanes, del color del cielo o del profundo color verde de los ojos de esa chica que nos gustaba tanto en nuestra juventud se encarga esa pequeña zona de nuestro cerebro. Si se ve afectada quedaremos privados no solamente de la visión en color, sino además de la capacidad de imaginar o recordar esos y todos los demás colores.
No sólo vemos de distinta manera a muchos otros animales, sino que incluso entre nosotros a veces tenemos una visión del color distinta. Si los pigmentos fotosensibles que poseen nuestros conos son distintos (como le ocurre a casi un 10% de lo varones) no podremos distinguir colores sutiles que a otros les parecen evidentes y ellos no podrán ver algunos tonos de color que nosotros vemos. Pero, independientemente de estas pequeñas particularidades de los humanos, todos nosotros compartimos un origen común y la evolución debe de haber modelado nuestra visión.
Hace 10 millones de años nuestros antepasados que paseaban por la sabana africana vieron salir el Sol sobre una tierra seca y bajo un cielo inmenso. Y sobre las verdes praderas de esa región del mundo correteaba una rica vida animal que a veces poseía complejos patrones de coloración. Eran posibles presas y posibles depredadores. Según un nuevo estudio, este escenario tan complejo visualmente tuvo que modificar evolutivamente nuestro sentido del color.
¿Está la visión humana optimizada para extraer la máxima información del mundo que nos rodea? No lo parece, pues al cielo (objeto que predomina en todos nuestros escenarios) sólo le corresponde un 6% de conos receptores del azul y éstos además están colocados prioritariamente en la periferia de la retina. Encima, las proporciones de conos responsables del rojo y el verde varían ampliamente entre individuos. Para averiguar por qué se da esta configuración, Gasper Tkačik, de la Universidad de Pennsylvania, y sus colaboradores crearon una base de datos en la que almacenaron 5000 fotos de alta resolución tomadas en diversas localizaciones de Botswana, una región africana cercana a la región en donde evolucionaron nuestros antepasados y otros primates. Las mismas escenas fueron tomadas a distintas horas del día, con distintas exposiciones, aberturas y distancia de cámara.
Luego usaron un algoritmo matemático desarrollado en estudios previos para saber cómo los conos detectarían la luz de esas escenas. Los investigadores calcularon entonces cuántos fotones de diferentes longitudes de onda capturaba la cámara y qué configuración de conos captaría el mayor número de ellos.
Descubrieron que el patrón real de conos de la retina humana encajaba en las predicciones del algoritmo. Los conos responsables de los rojos y verdes captarían más fotones de esas escenas que los conos responsables del azul. Esta sería la explicación de por qué tenemos pocos conos sensibles al azul y por qué están distribuidos como lo están: en la periferia en lugar de en el centro donde se enfoca más luz. Los conos rojos y verdes captaría la misma cantidad de información, no habría beneficio evolutivo de uno sobre el otro y de ahí la variedad de configuraciones entre individuos observadas en este caso.
Este estudio, además de iluminar ciertos aspectos de la visión, podría ayudar a crear sistemas de visión artificial más parecidos a la visión humana, sistemas más eficientes, precisos y ajustados al mundo natural. Los sistemas actuales tienen problemas a la hora de reconocer objetos fuera de ambientes no familiares.
Según Matthias Bethge, la base de datos de Botswana será muy útil usada como estándar para otros grupos de investigadores que trabajen sobre percepción visual, no sólo sobre el color, sino también sobre el contraste y el reconocimiento de formas.
Será interesante estudiar si la visión humana se ha adaptado a distintos ambientes o si las imágenes de otras partes del mundo darán resultados diferentes a las africanas. Algo que seguro merecerá la pena investigar.
Lo importante es que nos quedemos con la idea en la cabeza de lo relativa que es la visión y percepción del mundo. Una visión de la realidad que para nosotros empezó en la sabana africana.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3414

Fuentes y referencias:
Noticia en Science.
Base de datos con imagenes africanas.
Artículo en ArXiv.
Artículo en PloS.
La sorprendente percepción del color.
Ventajas cromáticas en los daltónicos.
Test inverso de daltonismo.
El origen genético de la visión.
Pruebas fósiles de estadio intermedio en la evolución del ojo.
La asombrosa visión de los estomatópodos.
Sobre los primeros ojos.
Un ojo de pez reflector.
Eliminan daltonismo en monos.

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

  1. jaul:

    Fascinante y muy bien explicado. Gracias.

  2. joabbl:

    Muy interesante. Estaría bien saber cómo verían los seres que quizá vivan y nunca conoceremos en los planetas descubiertos por Kepler. Un bonito ejercicio de ciencia-ficción. Y entender a nivel genético molecular el funcionamiento de la visión. Y crear sistemas artificiales bioelectrónicos que pudiesen ver en entornos muy diferentes y poder curar las cegueras y… Muchas más cosas que, como somos una especie tan estúpida, probablemente nunca llegaremos a hacer porque nos suicidaremos antes.

    Saludos

  3. lluís:

    Y encima visión artificial casi humana, esto iría a favor del avance en el campo de la robótica (y de la humanización del robot), y dicho esto me acuerdo de que al eminente cosmólogo y astrofísico sir Martin Rees, que creo aún preside la Royal Society, le fue pedido, junto a otros colegas científicos, que citase una sola idea que quisiera que la pudiera entender el público en general. He aquí la respuesta de Rees: “Me gustaría ensanchar la conciencia de la gente sobre el enorme período que nos queda. Las personas con una mayor formación son conscientes de que nosotros somos el resultado de casi cuatro mil millones de años de selección darwiniana, pero mucha gente tiende a creer que los humanos son, en cierto sentido, la culminación de todo. No obstante nuestro sol ha consumido menos de la mitad de su existencia. No serán los humanos los que vean la desaparición del sol de aquí a seis mil millones de años. Los seres que existan entonces serán tan diferentes de nosotros como lo somos nosotros de las bacterias o de las amebas”. Lo encuentro bonito… quizás un tanto optimista.

  4. NeoFronteras:

    Estimado Lluís:
    Gracias por una cita que invita a la reflexión.

  5. tomás:

    Parece muy posible alguna gran catástrofe que,en tan largo periodo, dé cuenta de toda la humanidad. Diría que casi seguro. Pero si así no fuera, el hombre es capaz de influir en la evolución. Ya lo está haciendo; de momento descontroladamente y parece que en su contra. Pero si como especie se viera amenazada, en cualquier sentido, los medios científicos y técnicos que posee, aniquilarían a cualquier otra,no sabemos con qué consecuencias.
    Su verdadero rival es ella misma, incluso a corto plazo, como estamos viendo.
    El tema suscitado por lluís es de gran importancia y muy digno de ser debatido.

  6. saul:

    para joabll: Tal vez te refieras a algo que ya existe en nuestro bagaje científico-cultural , creo tiene que ver con OPTOGENETICA .

  7. tomás:

    Estimado saul: Lo único que menciona joabbl que pueda parecer que tiene algo que ver con la optogenética es la frase: “Y entender a nivel genético molecular el funcionamiento de la visión”. Pero la optogenética no es eso; o podríamos decir que sólo es eso como caso muy particular. Es que el término da lugar a ser interpretado equivocadamente. La optogenética quiere utilizar técnicas ópticas y genéticas para influir en circuitos neuronales, aunque también de otras células, de forma muy rápida y precisa. Con “opto” se refiere a que utiliza la luz como medio para controlar el interior de la neurona, utilizando para ello “opsinas”, que son unas proteínas que reaccionan ante la luz, y con lo de “genética” para decir que pretende insertar determinados genes en las neuronas para convertirlas en fotosensibles de manera que respondan modificando los potenciales de acción. Por eso parece que su campo más importante es el cerebro y su utilidad, el tratamiento de enfermedades como la depresión, esquizofrenia, párkinson, etc.
    Parece que la psiquiatría tiene grandes esperanzas en esta rama de las neurociencias.
    Pero la cosa está en sus comienzos; creo que sólo en laboratorios de EE. UU. con invertebrados. En España no tengo noticia de que se haya hecho algo. Al menos es lo que me dijo un psiquiatra muy de vanguardia.
    He comentado esto porque optogenética puede parecer que se refiere al campo de la visión e incluso a una evolución del ojo y no es así.
    Un cordial saludo.

  8. Miguel Angel:

    Las medusas distinguen colores sin tener ojos (con unas simples células especializadas que reaccionan individualmente) también aparecieron al inicio del Cámbrico.

    Protistas como el paramecio son capaces de reaccionar a la luz UV: se demostró comprobando como 2 poblaciones de paramecios se sincronizaban según la luz UV que se les administraba. En este caso el proceso se efectúa en los microtúbulos de su membrana exterior.

    La vida es así…de sorprendente.

  9. tomás:

    Estimado Miguel Angel: Sin corregir tu asombrada despedida, ¿podríamos decir que la evolución es ciega?
    Un abrazo.

  10. NeoFronteras:

    Estimado Miguel Angel:
    Lógicamente, la sensibilidad a la luz precedió a la visión y antes de que surgieran los ojos había seres que sentían o detectaban la luz, pero no veían, ni creaban imágenes en sus cerebros si es que los tenían.

  11. tomás:

    ¡Caramba Neo, qué aguda es tu última observación!. A su tenor, me pregunto: los seres con ojos pero que no tienen cerebro donde formar imágenes, ¿podemos decir que ven?

  12. NeoFronteras:

    Los ojos son una extensión del cerebro, así que no se puede tener ojos sin más y estos tienen que estar conectados a un sistema nervioso por muy primitivo que sea.
    En cuanto a lo de “ver” el asunto es más complicado, pues según nuestra perspectiva humana implica algún nivel de consciencia. Esto entronca con la percepción, que es un asunto bastante pantanoso. Podemos imaginar que el sistema visual es como una sala de cine en donde se proyecta el mundo exterior, pero, ¿quién ve la película?

  13. tomás:

    Pues sí, resulta que antes de profundizar más, hemos de definir qué significa “ver”. Yo diría que es la capacidad de formar la imagen de una realidad. (Así caben todas las diferentes visiones que pueda haber -otros colores, otros límites más difusos, etc.-).
    Un mínimo órgano cerebral, quizá sólo un ganglio o unos pocos han de recoger esa información. Una vez recogida, el individuo ha de ser consciente de haberlo hecho y utilizar esa información para sus fines: alimentarse, huir, etc.
    Bueno. gracias Neo por haberme ayudado a pensar en el tema.

  14. Miguel Angel:

    Estimado tomás:

    ¿la evolución es ciega?…en cierto modo si, porque la evolución es un proceso constante de cambios provocados por mutaciones, transferencias genéticas y recombinación genética: se podría argumentar que es como una máquina de experimentos en la que los nuevos seres presentaran características diferentes (algunas veces el cambio supone una mejora y otras veces resulta desastroso).

    Abrazos

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