martes, 22 de septiembre de 2015

La visión en los animales (IV): Los ojos compuestos


Los ojos de los insectos
La mayoría de artrópodos poseen ojos compuestos, como los insectos y crustáceos. Pero también los moluscos y algunos anélidos.

Ojo, cuando hablo de artrópodos en general y de insectos en particular, hay que destacar que los arácnidos se quedan fuera (no son insectos pero sí artrópodos). No poseen ojos compuestos, tienen 8 ojos en cámara muy desarrollados (casi son los únicos invertebrados con músculos oculares), altamente especializados y con sistemas de visión diferentes.
Pero no vamos a hablar de arañas, sino de insectos y demás familia que tienen lo que se llama ojos compuestos.

Dos filosofías diferentes

La evolución ha separado en dos tendencias la forma en que se ha ido complicando los órganos visuales a lo largo de las especies. Nosotros, al igual que el resto de vertebrados en general, tenemos un ojo en cámara. Eso significa que un único ojo, compuesto por muchas células, da una imagen completa que envía al sistema nervioso. Forma una cámara hueca, cóncava, estando los receptores de luz tapizando el interior. Los rayos luminosos entrar a partir de una zona transparente que hace de “orificio”, de forma que dependiendo de dónde viene la luz, estimula a unos receptores o a otros. Esa es la idea de la “cámara oscura”, un ingenioso y simple mecanismo por el que obtenemos una imagen proyectada e invertida. El sistema de lentes potencian y afinan este mecanismo en el que la luz de una localización concreta del espacio estimule al menor número posible de receptores, de forma que obtengamos una imagen nítida.

Bien, pues los insectos y otros invertebrados tienen un aparato visual con características totalmente diferentes. Primeramente, los ojos compuestos son eso, compuestos. Quiero decir que cada “ojo individual” (llamado omatidio) es un ojo completo, con su propia córnea, cristalino y receptor de luz, y células pigmentadas. Cada uno de estos órganos tiene un funcionamiento independiente entre sí.



Cada omatidio recibe los rayos luminosos por su propia córnea, atraviesa su cristalino, la luz queda aislada por sus propias células pigmentadas (que convierten el ojo en una “cámara oscura”), y recibida en sus propios fotorreceptores. Cada ojo se compone de pocas células y es microscópico, y como puedes suponer, no dan una imagen, sino una información puntual. Los omatidios se agrupan entre sí, formando un denso mosaico. En el sistema nervioso se reúne toda la información y es donde se forma algo parecido a una imagen.



Las diferencias entre el ojo en cámara y el compuesto son muchas. Cada omatidio es una estructura alargada. Parecida a un tubo con unos cristales transparentes en un extremo (córnea y cristalino), una pared cilíndrica opaca (células pigmentadas), y en el interior está el receptor de luz (células llamadas retínulas). Las paredes opacas del tubo nos permite poder discriminar el origen de la luz. Sólo llega a estimular las retínulas la luz que entra por el tubo, por lo que el rayo tiene que ser más o menos coincidente con el eje del cilindro.



Pero claro, si queremos tener un mínimo de campo visual, tendremos que tener tubos alineados a todas las direcciones desde donde nos interese ver. Por tanto, situamos estos omatidios formando una superficie convexa. Justo al contrario que los ojos en cámara, que forman una cavidad cóncava.

Por otra parte, una vez entra la luz en el tubo, simplemente estimulan a las retínulas de la cantidad de luz, pero no hay enfoque de imagen. La córna y el cristalino de cada omatidio tienen una capacidad de refracción muy pobre. No se “elabora la imagen” desde el punto de vista óptico.


El auténtico concepto de “pixel”

Es curioso que aunque nuestra mente tiene mucho más cercano el concepto de ojo en cámara (ya que nosotros mismos y los animales con los que más nos relacionamos tienen este tipo de ojo), las ideas habituales del funcionamiento de nuestro ojo están más cercanas a las del ojo compuesto. Lo más seguro es que nuestras ideas erróneas se deban a que hacemos un paralelismo entre nuestro sistema de visión y los aparatos artificiales de captura de imagen (cámara fotográfica y de vídeo) y de reproducción (televisión, monitor).

Ahí está el concepto de “pixel”, que es la unidad más pequeña de luz, la mínima resolución, el detalle más pequeño. Es esa celdilla que compone el mosaico de una imagen. Así funcionan las televisiones y los monitores, y así se recogen y capturan las imágenes digitales; en pixeles.


Cuando éramos pequeños, en ciencias naturales estudiábamos el ojo humano: nos explican que la córnea y el cristalino enfocan una imagen invertida en la retina, y los receptores de luz (conos y bastones) recogen la información. Como cada fotorreceptor da una información única, ya tenemos nuestro concepto familiar de pixel. Tenemos un esquema cercano y fácil de entender de lo que es un ojo: una cámara oscura que enfoca y proyecta la imagen en una matriz de receptores. Esa matriz es enviada al cerebro, y ahí reconstruye la imagen.

Sí, es un funcionamiento fácil de entender. Pero incorrecto. La retina tiene
conos y bastones, sí, pero son una minoría de las células que hay. La mayor parte de la retina se compone de neuronas y fibras nerviosas que están procesando la imagen. Se aumenta el contraste, se dibujan los perfiles, se establecen las líneas de los contornos, se “crean” algunos colores (como el amarillo). Hay varias redes neuronales en la retina que funcionan independientes entre sí: una para el movimiento, otra para el color, otra para la silueta, ….

Al cerebro no le llega una matriz de pixeles, le llega la imagen “medio interpretada”. Ahora toca integrar toda la información de cada ojo, recoger la información de colores, velocidades, siluetas, y construir un esquema tridimensional a partir de lo que vemos y lo que suponemos y recordamos.



Para los que sepan un poco de informática, va este ejemplo: el ojo no devuelve la información en una matriz de pixeles como los archivos BMP o TIF, ni es información comprimida con pérdida como el JPG. Se parece más a una imagen vectorial (como el SVG), que nos da líneas y proporciones entre los diferentes elementos. No tiene sentido el hablar de pixeles ni de tamaño de la imagen. Hay imágenes más sencillas y más complejas, sin más.

En el ojo compuesto, las cosas son muy diferentes. Cada omatidio es un espacio cerrado e independiente de recepción de luz. Los receptores no se relacionan entre sí, llevan la información a través de un “cable” (fibra nerviosa) independiente al sistema nervioso central. Ahí sí que llega al cerebro un auténtico mosaico, una matriz de pixeles.



Debido a esto, la resolución de imagen es limitada con respecto a los ojos en cámara bien desarrollados. Los sistemas de enfoque de las lentes y las “mejoras de imagen” que proporcionan las células de la retina (como un filtro del Photoshop automático, más o menos) nos ofrecen una calidad de la que suelen carecer los ojos compuestos. Cada omatidio tiene raramente una resolución mayor de 1 grado,
por tanto, la única forma de mejorar la calidad es aumentando el número de omatidios. Así, cuando vemos una mosca al microscopio, vemos que los ojos compuestos ocupan una proporción grande de la cabeza. Al final, hay un límite de peso. Si un ojo pesa demasiado, no va permitir volar o desplazarse al insecto.



Para que nos hagamos una idea, si un ser humano tuviera un ojo compuesto, para conseguir una calidad de imagen parecida, el ojo tendría que tener una diámetro de un metro.

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