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

By | 23 octubre, 2007

Con este artículo completo la serie que quería dedicar sobre el sistema visual de los (demás) animales. En el primero hablábamos de la bien merecida fama que tienen los ojos de las aves rapaces; en el segundo podíamos ver cómo la evolución ha ido adaptando los ojos para la vida diurna y nocturna; y en el tercero afrontábamos la adaptación a la luz/oscuridad de forma más inmediata, repasando las pupilas e iris más variopintos del mundo animal. No quiero decir que nunca jamás vuelva a escribir sobre los ojos de otras especies (el tema me gusta mucho y supongo que volveré a tocarlo), pero ya no quedan artículos de estos en la lista de entradas pendientes.

El título de hoy podía haber sido “Los ojos de los insectos”, seguro que así mis queridos lectores se hubieran hecho una idea rápida y bastante certera del tema. Sin embargo, los insectos no son los únicos animales que poseen este tipo de ojo. Efectivamente, una 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 podéis 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. Pensad en que es 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. Hace 2 años estuve escribiendo sobre megapixeles en el ojo humano: por otra vía diferente intenté demostrar que los conceptos que utilizamos para hablar de calidad de imagen en sistemas digitales no son aplicables al ojo. Hoy podemos ver otro argumento.
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 con 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 (aquí explico que podemos medir la agudeza visual en ángulos), 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.

Actualización (5-7-10): Gracias a Federico por avisarme de los errores de terminología.

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33 thoughts on “La visión en los animales (IV): Los ojos compuestos

  1. Joaquim

    Como siempre, interesante y ameno. Además, me has picado la curiosidad con lo de los ojos de los arácnidos con diferentes sistemas de visión. Ya tengo un tema diferente para googlear alguna noche.

    Salu2

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  2. Ocularis

    Pues nada, busca a ver qué encuentras. Si te quedas con alguna duda (no soy experto en visión de los animales, pero tengo un libro donde lo explican bastante bien), te la intentaría contestar. He pasado deliberadamente por alto el tema, porque sé que hay mucha aracnofobia en la población.

    Un saludo.

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    1. Alejandro

      Dr. Buenas noches. Una felicitación por su blog, está sumamente interesante y mucho más ameno que leer la bibliografía médica tradicional. Espero pueda indicarme sobre el libro que desarrolla el tema de la visión animal, me interesa mucho, soy estudiante de medicina y en lo particular me fascina la oftamología. Gracias por su tiempo.

      Alejandro

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      1. Ocularis Post author

        Gracias por leerme. Tengo varios libros sobre visión en animales, pero creo recordar que a la hora de escribir esos artículos hice un review de artículos de revistas especializadas.

        Saludos.

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        1. Alejandro

          Gracias por responder, doctor. Yo no he encontrado libros sobre visión de los animales en México. ¿Podría brindarme alguna bibliografía para empezar, al menos para buscar el libro y ver si se puede comprar en línea? Me parece interesante y hasta necesario comparar nuestra visión con la de los animales. Sería interesante abarcar el tema de las langostas mantis, por ejemplo. Encontré que es el animal con la visión más fascinante de todas, pudiendo ver hasta en 12 colores, con una visión “trinocular”en cada ojo, y siendo los únicos animales capaces de detectar la “polarización circular” de la luz.
          Una pregunta más, esperando no ser empedernido. El iris. Recientemente me he topado con la ciencia de la Iridología y no he encontrado un blog suyo en donde abarque este tema, o tal vez me lo he perdido. ¿Qué tan fiable es esta ciencia? ¿Podría ir de la mano para un Oftalmólogo?
          Nuevamente gracias. Si en algo puedo apoyar a su blog, con gusto lo haré. Que tenga un excelente inicio de año.

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          1. Ocularis Post author

            La iridología no es una ciencia, es charlatanería. En cuanto a lo de “polarización circular”, habría que asegurarse si no es una mala traducción. La luz no se polariza “de forma circular”. Otra cosa es que los fotorreceptores sean capaces de discriminar la polarización de diferentes ángulos.

            Saludos.

  3. Mare

    muy interesante, pero me gustaria saber sobre los ojos de los cocodrilos. Gracias

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  4. Ocularis

    ¿Qué quieres saber exactamente sobre los ojos de cocodrilo?. ¿Las famosas “lágrimas de cocodrilo”, por qué se producen?. ¿El tercer párpado de algunos anfibios y reptiles?

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  5. oscar

    Fascinante, y me rompes los esquemas, por cierto. En mi ignorancia, siempre me fié de lo que algunas películas nos daban a entender, que cada ocelo era equivalente a un ojo en miniatura (de los de cámara). Por eso creía que si una mosca me miraba, vería mi cara de humano pasmado repetida tantas veces como ocelos tuviera.
    Pero ahora entiendo que si el ocelo tiene una superficie de proyección reducida, recibiendo información puntual (el promedio de luz del grado que abarca, imagino), entonces al traste con las películas. Quizá vean de forma más parecida a nosotros de lo que pensaba, pues construyen la imagen uniendo puntos de luz contiguos, más o menos como nosotros, aunque sin “filtros” de photoshop.
    Por otro lado, he visto varias veces parejas de moscas en lo que debía ser el cortejo de apareamiento: eran capaces de seguirse haciendo requiebros en el aire a velocidades fantásticas, yo no era capaz más que de intuir lo que pasaba, pero estaba claro que ellas se “veían” perfectamente a esa velocidad. A lo que voy: ¿Se sabe algo de la frecuencia de muestro de esos ojos, o de su cerebro? Debe ser altísima, mucho mayor que la nuestra.
    Fantástico el blog.

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  6. Ocularis

    Piensa que las moscas no tienen que realizar seguimiento de objetos moviendo los ojos y situando la imagen a seguir en el centro de la retina. Tampoco utilizan una visión binocular compleja como la nuestra, el procesamiento es más fácil. La calidad de imagen no tiene comparación, claro, pero la mosca utiliza la vista para posición y movimiento, y en eso son más rápidas que nosotros.
    Un saludo.

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  7. Peñate

    Me parece muy interesante la información publicada, necesito información puntual sobre la visión de escarabajos (Coleoptera:Scarabaeidae), si alguien pudiera ayudarme, lo agradecería mucho.

    Saludos cordiales.

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  8. ADELA

    Impresionante, para resumir impresiones. También se me ocurre una idea un tanto “peregrina”, con ese aspecto, además de ver peor nuestros ojos engatusarían mucho menos….Porque creo que los ojos, en especial en las personas, pueden cumplir varias funciones, y una de ellas sea la de expresar sentimientos y emociones. Que te sugiere “la mirada es el espejo del alma”?, se podría decir lo mismo de alguna manera para los animales? A mi realmente me sorprenden, por ejemplo, algunas miradas de los perros. Un saludo

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  9. Ocularis

    Bueno, los ojos afacetados de gran tamaño serían todo un espectáculo. Serían multicolores y muy brillantes. Los sentimientos y emociones los expresamos principalmente con con lo que hay alrededor del ojo: párpados, cejas, etc. Quizás unos ojos compuestos con párpados, cejas, pestañas etc también expresaran sentimientos. Lo que no podrían es moverse para mirarnos.
    Saludos.

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  10. ped

    ¿Existe algun animal con un solo ojo? Y que esto no sea debido a una mal formacion. Y si es asi ¿a que es debido?

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  11. Ocularis

    Pues dentro de los vertebrados puedo afirmar con bastante seguridad que no hay ojos únicos. Y dentro de los invertebrados, el número de ojos es muy variable, incluso hay diferentes tipos de ojos en un mismo animal. Aquí ya no lo tengo tan claro, pero no tengo conocimiento de que haya ningún animal con un sólo ojo.

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  12. racnoo

    Saludos, me parece muy interesante el tema de la visión en animales, y estos 4 artículos me han parecido excepcionales. Tengo dos reptiles (pogonas, para ser exactos), uno de ellos lleva más de dos años conmigo, y he aprendido a saber qué quieren según sus miradas, si están enfermos, si quieren que los deje tranquilos, etc.; me parece increíble que un reptil sea capaz de hacer eso. Soy optometrista, por eso me parece aún más increíble.

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  14. DIEGO

    ME PARECE MUY INTERESANTE LA REDACCION SOBRE LA VISION DE LOS ANIMALES PERO QUISIERA SABER INFORMACION MAS DETALLADA EN LOS ANIMALES VERTEBRADOS E INVERTEBRADOS, DE ANTEMANO GRACIAS!

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  16. wilson

    muy interesante toda la materia expuesta, pero toda via me queda una duda hacerca de la vision de los insectos. ya se sabe que estos no distinguen el color. pero me gustaria saber como es que diferencian las cosas o como es el color en el ojo de los insectos ya que au no puede definir bien ese tema

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  17. Ocularis

    Yo no he dicho que los insectos distinguen el color. De hecho, muchos de ellos distinguen colores por encima del espectro de los mamíferos. La causa más importante de que las flores tienen colores llamativos es porque la selección natural ha ido estimulando esa característica. Los insectos van a las flores de color llamativo, y así favorece la polinización.
    Un saludo.

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  18. Juan

    Dices al final del artículo que “si un ser humano tuviera un ojo compuesto, para conseguir una calidad de imagen parecida, el ojo tendría que tener una superficie de un metro”. Pero en el dibujo aparece un hombre con una pelota ocular de 1 metro de diámetro, no de superficie. La superficie sería (según el dibujo) 3,14 metros cuadrados.

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  19. Ocularis

    El dibujo es artístico, no técnico. Es el único que encontré para ilustrarlo. Con eso nos hacemos una idea aproximada, aunque la escala no sea correcta.

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  20. angelina

    me gustaria saber si existe un animal sin ningun ojo
    solamente con algun tipo de cono o algo asi
    muchas gracias

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    1. Ocularis

      Dentro de los invertebrados hay muchos sistemas simples de detección de luz. El término “cono” no sería el más adecuado, pero sí que hay sistemas “individuales” de una célula receptora de luz que trabaja sola. Aparte de lo explicado de los ojos compuestos de este artículo, claro.

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  21. yan

    Muy buena la publicación, me va a servir un monton para un trabajo que estoy haciendo.

    ¿Se puede lograr que una mascota prefiera un color a otro? ¿Cómo harías para demostrarlo?
    ¿Se puede modificar la capacidad de ver colores de un animal con algún tipo de anteojo?
    ¿La capacidad de ver colores depende del ambiente en el que los animales viven?

    Tengo que hacer alguna experiencia que me ayude a demostrar alguno de estos interrogantes.¿ Alguna idea ? ¿ Algun libro, o alguna pagina que me puedas recomendar ?
    GRACIAS!

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    1. Ocularis

      Algunas preguntas de las que me haces se salen fuera de lo que yo sé. Es posible que se pueda “adiestrar” a algunos animales para que “prefieran”, aunque es un concepto muy ambiguo. “Preferir” es un concepto muy humano, hablamos de gustos. Es difícil establecer en general el concepto de “gusto” o “preferencia” en un animal. Nos fijamos en elecciones que hace. Un herbíboro puede elegir para comer unas hojas en vez de otras en función del color. Algunos monos eligen en función de la tonalidad rojiza que hay. Podríamos decir que al animal le gusta más un color que otro, o decir que algunas plantas son más nutritivas y otras más perjudiciales en función del color. La selección natural puede presionar en ese sentido. En animales desarrollados como primates también hay efecto aprendizaje: la cría imita las elecciones de su madre y de adulto repite lo que aprendió. Podemos afirmar que hay un instinto y a veces un efecto aprendizaje en las elecciones que hace un animal con respecto al color. ¿Podemos hablar de que “prefiera” ese color?. Hasta cierto punto, pero no con el sentido que utilizamos con humanos.
      Hecha esa salvedad, algunos animales sí se pueden entrenar para que elijan unos colores frente a otros.

      La capacidad de ver colores se puede modificar con cristales, al igual que los humanos. En ese sentido los ojos en cámara de los mamíferos es casi idéntico al ser humano. Lo complicado es conseguir que el animal lleve puestas las “gafas”. La capacidad depende evidentemente del ambiente: la luz y la iluminación, e incluso la nutrición puede afectar.

      Un saludo.

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  23. luispihormiguero

    Mil gracias por este ameno e interesante post. A mí me encanta la biología en general, y esto, además de despejarme muchas dudas, me ha enseñado cosas nuevas, como el concepto de “ojo de cámara”, que yo desconocía.

    Muchas gracias por tus molestias.

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