A lo largo de la historia de nuestro planeta, todos los seres vivos se han desarrollado y han evolucionado en diferentes ambientes. El organismo de cada especie se “construye” en los diferentes ambientes para poder lidiar con las dificultades ambientales de la mejor forma. Las características del organismo que son útiles para poder hallar alimento y pareja suelen ser las que permanecen y se transmiten a la descendencia. Los órganos sensoriales, por ejemplo, son una de esas características que pueden desarrollar los organismos para sobrevivir mejor en el ambiente en el que se encuentran, y dentro de estos órganos, los de la visión son uno de los más importantes. Como mencionamos antes, para sobrevivir es necesario conseguir alimento, y si la alimentación se basa en frutos que naturalmente son muy coloridos, es de esperar que la evolución biológica tienda a desarrollar una visión capaz de percibir y distinguir una variedad de colores, ya que el color de un fruto será una fuente de información clave para saber si vale la pena comerlo. Los primates, nuestros primos, aparentemente desarrollaron órganos de visión que les permitieron reconocer muchos colores diferentes para identificar frutos tóxicos e inmaduros, de aquellos comestibles y maduros. De la misma forma, otros animales tienen la capacidad de ver más colores que los primates y humanos, porque según parece, reconocer más colores les permite encontrar alimento y pareja en los ambientes que habitan.
La visión en animales vertebrados ocurre gracias a células específicas que se encuentran en la retina del ojo, ubicada en la pared trasera del interior del globo ocular. Estas células se denominan fotorreceptores, ya que reciben en forma directa la luz que llega, por ejemplo, luego de ser reflejada por un fruto. Sensan las características particulares de esta luz y transmiten la información como impulsos nerviosos al cerebro, donde son interpretadas como imágenes, formas y colores. Los fotorreceptores pueden ser de dos tipos: conos, que perciben colores, o bastones, que sensan la intensidad de la luz. Los conos poseen diferentes pigmentos que absorben diferentes longitudes de onda de luz, lo que en el cerebro se interpreta como diferentes colores. Esta diversidad de receptores permite observar más o menos colores según el tipo y cantidad de conos que esten presentes en el ojo del organismo.
Imagen: Fotorreceptores. Estructura general de un cono y un bastón.
Fuente: https://curiosoando.com/conos-bastones-y-iprgcs-los-fotorreceptores-del-ojo-humano
Nuestros ojos poseen tres tipos de conos que nos permiten diferenciar tres rangos de longitudes de onda dentro del espectro de luz visible, que va desde los 400 hasta los 750 nanómetros. Estos tres rangos se corresponden con longitudes de onda larga (el rojo, centrado en 565 nm), media (el verde, centrado en 508 nm) y corta (el azul, centrado en 445 nm). Los colores, que nuestro cerebro interpreta en los objetos que vemos, surgen de una combinación de los estímulos nerviosos que producen estos tres tipos de conos ante la luz que nos llega desde ese objeto, por ese motivo decimos que nuestra visión es tricromática, o basada en tres colores. En cambio, los perros solo poseen dos tipos de conos: los de ondas larga y corta, por ende, su visión es dicromática por lo que no pueden diferenciar la misma variedad de colores que nosotros. Las aves, por otro lado, pueden llegar a tener hasta cuatro tipos diferentes de conos, e incluso se cree que algunas especies de palomas tienen hasta 5 tipos de conos. Además de los de onda larga, media y corta, muchas aves poseen un tipo que es capaz de captar las ondas de luz del espectro no visible para el ojo humano.
Regiones del espectro de luz visible en el que absorben los tres tipos de conos que estan presentes en la retina del ojo humano. La curva gris muestra la zona en la que absorbe un tipo diferente de cono que poseen algunas especies de aves.
Resulta interesante conocer el mecanismo molecular por el cuál una onda de radiación electromagnética, una onda de luz, se transforma en nuestro cerebro en un color. Este mecanismo es muy complejo, sin embargo, comienza con un proceso físico-químico muy sencillo, que podríamos describir como la interacción entre la energía (en forma de luz) y la materia (en forma de una molécula). La luz que llega a la retina de nuestro ojo, entendida ya sea como una onda electromagnética o como un fotón de energía, es absorbida por uno de los enlaces químicos entre dos átomos de carbono de una molécula llamada cis-retinal, que se encuentra adherida a una proteína llamada opsina, formado la proteína rodopsina, que está ubicada en la estructura del cono.
Imagen: Esquema en donde se puede observar la ubicación de la rodopsina en la membrana interna de los discos que forman la estructura general del cono.
Al absorber energía, este enlace químico doble de carbono-carbono se rompe, dejando un enlace simple entre ambos átomos. En esta situación, la molécula cambia su forma geométrica para transformarse en trans-retinal, por un proceso denominado isomerización, y debido a esto se desprende parcialmente de la proteína opsina. Este último proceso es lo que genera el impulso nervioso, que no es otra cosa que un pequeñísimo pulso eléctrico que el cono transmite luego a las células nerviosas que lo conectan con el cerebro.
Imagen: Proceso de isomerización del retinal. En este cambio de conformación geométrica, el último segmento de la molécula retinal se desprende de la proteína opsina, lo que provoca la generación de un impulso eléctrico que luego se transmite a las células nerviosas y finalmente llega al cerebro.
Fuente: http://radicalbarbatilo.blogspot.com/2015/08/el-retinal-el-nino-de-nuestros-ojos.html
Después de eso, practicamente en forma instantánea, una enzima reacciona con el trans-retinal formado y lo vuelve a su forma original de cis-retinal, de esta manera queda disponible para volver a absorber otro fotón de luz y asi reiniciar indefinidamente ese ciclo. La enorme cantidad de proteínas rodopsina presentes en los conos que tapizan nuestra retina, son los primeros responsables de que veamos todo lo que existe a nuestro alrededor, a través de la luz reflejada que nos llega desde cada minúsculo objeto, un proceso que no se detiene nunca…excepto cuando cerramos nuestros ojos o cuando no hay luz que ilumine esos objetos.
Pero, si el enlace químico que se rompe en el cis-retinal de la rodopsina es siempre el mismo, la energía de la onda (o fotón) que produce esa ruptura debería ser siempre la misma, y por lo tanto nuestros ojos solo deberían ser capaces de detectar una sola longitud de onda… ¡deberíamos ver un único color! Entonces ¿cómo es que podemos detectar tres colores diferentes?
Existen tres clases de proteínas opsinas, la eritropsina¸ la cloropsina y la cianopsina, que difieren en estructura química y son responsables de que la misma molécula de cis-retinal absorba luz de los colores en la zona del rojo, del verde y del azul, respectivamente, dependiendo de a qué tipo de proteína esté ligado.
Para poder diferenciar colores, el cerebro necesita comparar la luz que absorben -al menos- dos tipos distintos de conos. Por ello, la interacción entre diferentes conos es clave, cuando los diferentes receptores interactúan entre sí es posible ver muchísimos tonos de colores diferentes.
Las aves, además de ver los colores que podemos diferenciar los humanos, tienen la capacidad de diferenciar colores no espectrales, es decir, que no están presentes en el espectro de colores que forman la luz blanca (los colores que vemos cuando la luz pasa través de un prisma o en un arcoiris). Los colores no espectrales son aquellos que se forman a partir de la estimulación de 2 o más fotorreceptores que captan longitudes de onda muy distantes. Nuestros ojos solo captan uno: el púrpura, que se forma a partir de la estimulación de fotorreceptores de onda corta (azul) y larga (rojo).
Imagen: Composición de un color espectral vs. uno no espectral.
Fuente: http://www.glosariografico.com/color_no_espectral#:~:text=El%20color%20no%20espectral%20por,tonos%20neutros%2C%20marrones%20y%20pasteles
Pero las aves pueden ver muchas más combinaciones gracias a ese cuarto tipo de fotorreceptor, que no solo está presente en las aves sino también en algunos reptiles y peces, que es capaz de percibir longitudes de onda mucho más cortas aún, que se corresponden con lo que denominamos radiación ultravioleta (UV). Este fotorreceptor no solo posibilita que se reconozcan “colores” ultravioletas sino también combinaciones de ultravioleta con colores del espectro visible para los humanos. Si nosotros estuviésemos viendo una combinación de, por ejemplo, rojo+UV solo veríamos rojo, no percibiríamos otro color diferente al rojo, mientras que las aves sí diferenciarían esos colores.
Imagen: Fotografías de una flor usando filtro UV (a) y sin filtro (b). La sección oscura que se ve en la foto a corresponde con lo que se conoce como guía de néctar; son líneas o manchas visibles por los insectos y otros animales que se alimentan de néctar que tienen la capacidad de distinguir longitudes de onda de radiación UV.
Fuente: Miosic, Silvija; Knop, Katrin; Hölscher, Dirk; Greiner, Jürgen; Gosch, Christian; Thill, Jana; et al. (2015): UV nectar guides.. PLOS ONE. Figure. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0061766.g004
Un grupo de investigadores de Estados Unidos realizó un experimento en el campo, presentando diferentes contenedores de colores con fuentes de alimento -más o menos- ricas en azúcares para una especie de colibrí que allí habita. Utilizaron tubos iluminados con diferentes longitudes de onda, mezclando colores espectrales y no espectrales, para poder estimular los diferentes tipos de conos que tienen los colibríes. En un tubo de color siempre se colocaba la solución más azucarada, y en otro, agua sin azúcar para entrenar a los colibríes. La idea era que los colibríes asociaran un color a la recompensa (más azúcar) y otro a un “castigo” (solo agua). Lo que observaron es que los colibríes identificaban mezclas de colores que contenían luz UV y luz del espectro visible humano, es decir colores no espectrales.
Los experimentos se efectuaron con colibríes colianchos (Selasphorus platycercus).
Fuente: https://ebird.org/species/brthum?siteLanguage=es_AR
La capacidad de diferenciar longitudes de onda de radiación UV les permitiría encontrar más variedades de alimento ya que se ha observado que las flores poseen manchas o líneas de color UV. Si además tienen la capacidad de percibir colores que se forman a partir de dos longitudes de ondas distantes, el abanico de posibilidades de “ver” más tipos diferentes de flores, y a través de ello encontrar más alimento, aumentaría.
Como dijimos al principio, muchas características de cada especie son clave para que puedan vivir de la mejor forma en el ambiente en el que habitan. Los colibríes, muchas otras aves y animales son prueba de ello a través de su visión, ya que tener la capacidad de distinguir diferentes colores es clave para su supervivencia.
Pensar que el mundo en el que vivimos puede ser apreciado de diferentes formas según las herramientas que tengamos para observarlo, nos invita a dimensionar la cantidad de colores y sensaciones que nuestra especie desconoce y lo diferente que debe ser el mundo para el resto de las especies que comparten este planeta con nosotros.
acá hay una infografía que resume el paper este que puede servir para las imágenes o ideas. https://www.princeton.edu/news/2020/06/15/wild-hummingbirds-see-broad-range-colors-humans-can-only-imagine
FUENTES:
Byosiere, S. E., Chouinard, P. A., Howell, T. J., & Bennett, P. C. (2018). What do dogs (Canis familiaris) see? A review of vision in dogs and implications for cognition research. Psychonomic bulletin & review, 25(5), 1798-1813.
Baden, T., Euler, T., & Berens, P. (2020). Understanding the retinal basis of vision across species. Nature Reviews Neuroscience, 21(1), 5-20.
