El Ojo, Evolucion

Evolución

A lo largo de la evolución, desde la simple percepción de la luz hasta la compleja elaboración de una imagen nítida, en color y tridimensional, cualquier mínima mejora de la calidad visual supone una gran ventaja para el individuo.

Situándonos en los primeros organismos acuáticos, todo comenzó como una terminación nerviosa que recibe información de su superficie, el ojo en placa. Este ser vivo ya poseía el sentido del tacto, incluso percibía el calor y el frío. Un grupo de estos receptores superficiales se volvió sensible a la luz. Así, el animal podía percibir si estaba en una zona de sombra o en una iluminada.

Al producirse una invaginación del ojo en placa se produce una mejora. Las células receptoras de la luz están ahora en el interior de la invaginación. Podemos indagar por donde viene la luz. El organismo ya no se mueve a ciegas, se puede orientar, este es el ojo en copa.

Ahora la invaginación se interioriza más hasta formar una cámara cóncava. Cuanto más grande sea la cámara y más pequeño el hoyo, mayor especificidad en la recepción de la luz. En el interior de la cavidad invaginada queda “atrapado” un grupo de células epiteliales que adquieren forma circular. En el interior de esta “esfera de células” queda una matriz extracelular con proteínas y básicamente agua. Esta bolsa actúa como lente, de manera que ya podemos hablar de la formación de una imagen, este es el ojo primitivo en cámara.

Fig.1. Ojo en placa. Fig.2. Ojo en copa. Fig.3. Ojo primitivo en cámara

El ojo de los cefalópodos es un órgano análogo al ojo de los vertebrados. Se forma a partir de plegamientos en la piel del embrión, al contrario que los ojos de los vertebrados que se forman a partir del mielencéfalo. Su estructura es semejante, posee cristalino, esclerótica, retina y humor acuoso. El nervio óptico es prácticamente inexistente ya que el ojo está separado tan solo por unos milímetros del lóbulo óptico del cerebro. Por lo tanto, toda la información se procesa directamente en el cerebro.

El ojo de los cefalópodos carece de punto ciego, ya que los ganglios y nervios se sitúan por detrás de la retina y no tapan esa porción. El cristalino es rígido, de modo que para enfocar se mueve cara delante y cara atrás por medio de la musculatura. A medida que crecen, el ojo también va creciendo; por lo tanto, a mayor edad hay mayor superficie ocular, teniendo mayor número de células receptoras, por lo que tienen mayor agudeza visual. También es mayor la capacidad de movimiento del cristalino que se traduce en una mayor capacidad de enfoque.

No se puede ver en color, salvo algunas excepciones. Tampoco necesitan la visión en color en los fondos oscuros marinos.

1. Vertebrados

Las partes principales de los vertebrados son:

- La esclerótica que incluye la córnea. En muchos vertebrados la esclerótica está reforzada con placas de cartilaje o hueso que juntas forman una estructura circular llamada anillo esclerótico. No está presente en anfibios ni en mamíferos.

Algunos peces también presentan en la coroide lo que se le llama glándula coroidea. En realidad no es una glándula sino un plexo de vasos sanguíneos y su función es la de oxigenar la retina.

La córnea es transparente e incolora salvo en algunos peces que tienen un pigmento amarillo.

- La coroide que tiene una capa rica en células pigmentarias. Existen derivados coroideos que sobresalen cara el interior del humor vítreo. En aves se le llama “pecten o peite”. Su función es actuar como un agitador, difundiendo los nutrientes hacia la retina.

- El iris, que regula la pupila.

- La conjuntiva, recubre la superficie externa de la esclerótica.

- La retina, que contiene los fotorreceptores.

La mácula es la región de la retina especializada en la visión fina de los detalles. Las aves rapaces y las palomas tienen dos máculas en cada retina, para la visión binocular y otras para la visión independiente del propio ojo. En peces y urodelos (salamandra y tritones), el tejido pigmentario es capaz de regenerar el resto de las capas de la retina mediante un proceso de desdiferenciación y proliferación.

- El cristalino (lente), que enfoca la luz en la retina.

Fig.4. Estructura del ojo en vertebrados.

- Estructuras accesorias: destacamos la “membrana nictitante o tercera pálpebra”, que es una característica propia de ciertos animales. Tiene por objetivo proteger al globo ocular por debajo de las pálpebras principales. Está especialmente desenvolvida en aves, elasmobranquios y en algunos mamíferos.

Fig.5. Memebrana nictitante.

- En las pálpebras hay varios tipos de glándulas, pero vemos las glándulas de la sal que están presente en aves como las gaviotas. Lo que hacen es eliminar el exceso de sal.

Fig.6. Glándula de la sal.

Los humanos y otros mamíferos enfocan cambiando la forma de la lente mediante movimientos musculares.

La retina humana contiene dos tipos de fotorreceptores:

- Los bastones: son sensibles a la luz pero no dintinguen los colores.

- Los conos: distinguen los colores pero no son tan sensibles.

Fig.7. Conos y bastones en la retina humana.

Por lo tanto, la visión a color depende de:

1. De la cantidad de conos diferentes que tenga el animal; cada tipo de cono percibe una frecuencia lumínica diferente.

2. La interpretación por parte del cerebro de las frecuencias diferentes que recibe.

La visión en color está presente en todas las clases de vertebrados pero no en todas las especies.

En los humanos se sabe que los ojos se están a mover mediante micromovimientos, llamados microsacadas. Aunque se mantenga la vista fija sobre un objeto y no lo percibamos, los ojos se están a mover mediante estos micromovimientos. Esto es lo que nos permite ver las cosas que no se mueven. Sin estas microsacadas, ver fijamente a un punto provocaría un cese de los estímulos enviados al cerebro, ya que los bastones y los conos solo responden a cambios en la luminancia.

Hay especies de animales que solo ven las cosas cuando se mueven. Estas especies para poder ver, o se mueve el objeto o mueven los ojos. Cuando no se mueven los ojos o las cosas, estes animales son funcionalmente ciegos.

Diferencias de estructura y visión del ojo humano con respecto a otras razas.

• Mamíferos: apenas hay diferencias, algunas especies no tienen visión a color (animales que viven bajo tierra), iris diferente, mejor vista en la obscuridad por tener el tapetum lucidum (gatos).

• Anfibios: algunos anfibios solo pueden ver las cosas cuando se mueven (ranas)

• Reptiles: las serpientes dependen del movimiento para ver, ignoran cualquier presa que no se mueva. Pero algunas tienen en la cabeza un órgano llamado foseta loreale que capta la radiación infrarroja, este sentido está conectado con el ojo formando una imagen térmica.

• Peces: el ojo de los peces son medianamente aplanados para adaptar la refracción de la luz en el agua. No tiene párpados. Existen peces que tienen visión bifocal simultánea que les permite enfocar objetos próximos con una parte de la retina y con otra parte objetos alejados. También algunas especies pueden ver luz ultravioleta al poseer 4 o más conos.

• Aves: el ojo de las aves posee una retina mejorada en la que los receptores están mucho muy juntos y con una gran cantidad produciendo una calidad de imagen mejor. También posee una lente entre el humor vítreo y la fóvea que utiliza como zoom. Y dos fóveas, una en la mácula y otra en la retina periférica (aves rapaces).

2. Invertebrados

Hay una inmensa variedad de estructuras visuales que van desde la simple sensibilidad lumínica y direccional hasta la formación de las imágenes.

Hay dos tipos de ojos que forman imágenes en los invertebrados: el ojo simple y el ojo compuesto.

Los ojos simples es una capa de células sensibles a la luz. Trabajan como una cámara. Son ojos que generalmente no forman imágenes y se usan normalmente para detectar la intensidad de la luz. La luz entra por un único agujero. El iris cambia el diámetro de la pupila. Están presentes en ciertos animales como las medusas.

Estos ojos varían mucho entre las distintas especies. En los más simples son zonas pigmentadas y con células fotosensibles ciliadas.

Los ojos compuestos están formados por omatidios. Generan una imagen pixelada. Detectan el movimiento y algunos pueden ver en el rango del ultravioleta como las abejas.

Estructura de los omatidios:

 Células retinulares: neuronas sensoriales que se disponen como un anillo de 6-8 células debajo del cono cristalino de cada omatidio.

 Rabdoma: conjunto de las estructuras en forma de bastón de cada célula reticular. Contienen los pigmentos visuales.

 Células pigmentarias: están por fuera de las células reticulares y no son neuronas sensoriales. Contienen pigmentos que responden a la luz, pero no son los pigmentos visuales que generan los potenciales de acción: son pigmentos migratorios que regulan la cantidad de luz incide sobre el rabdoma.

Fig.8. Estructura de los omatidios.

Funcionamiento del omatidio:

- Las lentes enfocan la luz sobre el rabdoma de las células retinulares.

- La luz incide sobre los pigmentos visuales en el rabdoma lo que produce un cambio conformacional.

- Esto hace que se genere el potencial de acción en las células retinulares.

- Tienen capacidad de adaptación a diferentes condiciones de luz.

Con luz diurna:

Los pigmentos de las células pigmentarias están totalmente estendidos. Actúan como un tejido oscuro que rodea por completo los omatidios y los aleja de los omatidios adyacentes. Solo las ondas de luz que van paralelas al eje longitudinal del omatidio pueden alcanzar el rabdoma. Esto ayuda a regular la cantidad de luz que entra en el omatidio en condiciones de mucha luz.

Con nocturna:

Los pigmentos de las células pigmentarias están totalmente contraídos alrededor de la parte superior de las lentes. Ahora la luz puede esparcirse entre los omatidios adyacentes y estimular el rabdoma. Esto ayuda a maximizar el uso de la luz para formar imágenes bajo condiciones de poca luz.

Visión

El mecanismo básico de visión de los animales son:

- Neuronas sensoriales que contienen pigmentos visuales (pigmentos fotosensibles).

- Cuando incide la luz, sufren un cambio conformacional.

- Se inicia una serie de reacciones que generan potenciales de acción.

La visión animal varía según la especie, porque no todos ven igual. Eso si, todos los ojos tienen algo en común que es que poseen células que reaccionan ante la luz. Las imágenes son captadas por los ojos y son procesadas por el cerebro.

Los ojos más simples solo detectan si hay luz o no. Los más complejos ya generan imágenes, dan una imagen pixelada.

No todos los animales tienen la capacidad de distinguir los colores. Algunos tienen una magnífica visión, pero solo ven en blanco y negro o en tonos grises. Otros solo distinguen las cosas que se mueven; otros solo pueden percibir los cambios de intensidad de la luz y, por último, algunos son totalmente ciegos.

La visión de un animal responde a sus necesidades. Podemos distinguir dos grupos, los que son presa y los depredadores. Y su evolución tuvo mucho que ver con la búsqueda de su propio alimento.

Las presas tienen los ojos laterales que posibilitan un campo visual amplio y panorámico, aunque con una reducida agudeza visual. Al estar los ojos a los lados de la cabeza para evitar ser comidos mientras comen. La situación de los ojos a los lados les da una visión periférica muy amplia pudiendo vigilar una mayor zona de peligro. La visión dicromática puede servir para tener una mejor visión nocturna y para detectar.

Los predadores tienen los ojos localizados en la frente, tiene la habilidad de enfocar cerca y lejos. Esto les permite tener una visión en tres dimensiones, porque el cerebro combina la información que capta cada ojo otorgando lo que se llama visión binocular. Estos animales miran en la misma dirección porque necesitan un buen cálculo de la distancia para el ataque. También estas especies ven colores pero solo en la gama dicromática.

Los ojos de muchos animales sobresalen a los de los humanos en la habilidad de ver en la noche. Esto es debido a que tienen más bastones y o tapete lucido que no está presente en los humanos. El tapete es una capa especializada detrás de la retina que intensifica y refleja los niveles de luz más bajos. Esto hace que los ojos brillen en la oscuridad.

Las aves rapaces poseen la mejor agudeza visual conocida, varias veces superior a la humana, pudiendo divisar, en condiciones ideales de visibilidad, una liebre a más de 3 km de distancia. Presentan una gran resolución en la parte central de la imagen, esto de consigue gracias a:

• su “superretina”, que cuanto más juntos estén los receptores en la retina más pequeños son los “píxeles” de la imagen. De esa densidad de receptores se deriva la resolución de la imagen.

• un aparato óptico excepcional

La pupila también juega un importante papel. Su pupila es más grande y entra más luz. Esto en otros animales es una desventaja porque entra luz por la córnea periférica, peor enfocada, pero para las rapaces significa mejor contraste. Estas aves tienen una segunda fóvea para la visión periférica.

Para mantener limpios los ojos, las aves disponen de membrana nictitante, que sube y baja por delante de la córnea limpiándola y humedeciéndola.

Supervivencia

Los colores tienen una gran relevancia para la vida de muchos animales. Para la alimentación, la defensa o protección del organismo, atractivo sexual, etc.

La visión ultravioleta ayuda a la supervivencia tanto en el camuflaje, como en la oriención, en el reconocimiento entre individuos de una misma especie, en la alimentación, etc.

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