Come fanno gli animali a vedere al buio?

In una notte senza luna, i livelli di luce possono essere più di 100m volte più fioco rispetto alla luce del giorno. Eppure, mentre siamo quasi ciechi e alquanto indifesi nell'oscurità, i gatti sono fuori dalla preda, e le falene volano agilmente tra i fiori sui nostri balconi.

Mentre dormiamo, milioni di altri animali si affidano ai loro sistemi visivi per sopravvivere. Lo stesso vale per gli animali che abitano l'oscurità eterna del mare profondo. In effetti, la stragrande maggioranza degli animali del mondo sono principalmente attivi in ​​condizioni di scarsa illuminazione. Com'è possibile la loro formidabile performance visiva, specialmente negli insetti, con occhi e cervello minuscoli inferiori alle dimensioni di un chicco di riso? Quali strategie ottiche e neurali si sono evolute per consentire loro di vedere così bene in condizioni di scarsa illuminazione?

Per rispondere a queste domande, abbiamo rivolto la nostra attenzione agli insetti notturni. Nonostante i loro minuscoli sistemi visivi, risulta che gli insetti notturni vedono incredibilmente bene in condizioni di scarsa illuminazione. Negli ultimi anni abbiamo scoperto che gli insetti notturni possono evitare e fissare gli ostacoli durante il volo, distinguere i colori, rilevare movimenti deboli, impara punti di riferimento visivi e usali per la ricerca. Possono persino orientarsi usando il debole schema di polarizzazione celeste prodotto dalla lunae navigare usando le costellazioni di stelle nel cielo.

In molti casi, questa performance visiva sembra quasi sfidare ciò che è fisicamente possibile. Ad esempio, l'ape sudamericana notturna centroamericana, Megalopta genalis, assorbe solo cinque fotoni (particelle di luce) nei suoi minuscoli occhi quando i livelli di luce sono al minimo: a segnale visivo incredibilmente piccolo. Eppure, nel cuore della notte, può attraversare la foresta pluviale densa e aggrovigliata in un viaggio di foraggiamento e tornare in sicurezza al suo nido - un bastone incognito e incavato sospeso nel sottosuolo della foresta.

Per scoprire come è possibile questo tipo di performance, abbiamo recentemente iniziato a studiare i falchi notturni. Questi bellissimi insetti - i colibrì del mondo degli invertebrati - sono falene eleganti e veloci che sono costantemente alla ricerca di fiori carichi di nettare. Una volta trovato un fiore, la falena si libra davanti ad essa, succhiando il nettare usando la sua proboscide, un tubo simile alla bocca.

Il falco notturno dell'elefante europeo, Deilephila elpenor, è una splendida creatura ammantata di squame rosa e verdi piumate e fa tutto il suo nettare che si raccoglie nel cuore della notte. Un certo numero di anni fa abbiamo scoperto che questa falena può distinguere i colori di notte, il primo animale notturno noto per farlo.

Ma questa falena ha recentemente rivelato un altro dei suoi segreti: i trucchi neurali che usa per vedere bene in condizioni di luce estremamente fioca. Questi trucchi sono sicuramente usati da altri insetti notturni come Megalopta. Studiando la fisiologia dei circuiti neurali nei centri visivi del cervello, lo abbiamo scoperto Deilephila può vedere in modo affidabile in penombra, aggiungendo efficacemente i fotoni che ha raccolto da diversi punti nello spazio e nel tempo.

Per tempo, è un po 'come aumentare il tempo di otturazione su una fotocamera in penombra. Consentendo all'otturatore di rimanere aperto più a lungo, più luce raggiunge il sensore dell'immagine e viene prodotta un'immagine più luminosa. Il rovescio della medaglia è che tutto ciò che si muove rapidamente - come un'auto che passa - non sarà risolto e quindi l'insetto non sarà in grado di vederlo.

Sommatoria neurale

Per aggiungere insieme i fotoni nello spazio, i singoli pixel del sensore di immagine possono essere raggruppati insieme per creare "super pixel", ma più grandi (e quindi più sensibili alla luce). Ancora una volta, il lato negativo di questa strategia è che anche se l'immagine diventa più luminosa, diventa anche più sfocata e scompaiono i dettagli spaziali più fini. Ma per un animale notturno che si sforza di vedere nell'oscurità, la possibilità di vedere un mondo più luminoso che è più grossolano e più lento è probabilmente meglio che non vedere nulla (che sarebbe l'unica alternativa).


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Il nostro lavoro fisiologico ha rivelato che questa somma neuronale di fotoni nel tempo e nello spazio è immensamente benefica per la notte Deilephila. A tutte le intensità luminose notturne, dal crepuscolo ai livelli delle stelle, la sommatoria aumenta notevolmente DeilephilaLa capacità di vedere bene in penombra. Infatti, grazie a questi meccanismi neurali, Deilephila può vedere a intensità luminose intorno ai tempi 100 più tenui di quanto potrebbe altrimenti. I benefici della sommatoria sono così grandi che altri insetti notturni, come Megalopta, molto probabilmente si basano su di esso per vedere bene anche in penombra.

Il mondo visto dagli insetti notturni potrebbe non essere così acuto o risolto nel tempo come quello vissuto dai loro parenti attivi di giorno. Ma la somma garantisce che sia abbastanza luminosa da rilevare e intercettare potenziali compagni, per inseguire e catturare le prede, per navigare da e verso un nido e per superare ostacoli durante il volo. Senza questa capacità sarebbe cieco come il resto di noi.

Circa l'autore

Eric Warrant, professore di zoologia, Università di Lund

Questo articolo è stato pubblicato in origine The Conversation. Leggi il articolo originale.

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