In una notte senza luna, i livelli di luce possono essere 100 milioni di volte inferiori rispetto alla luce del giorno. E se siamo praticamente ciechi e completamente indifesi al buio, i gatti rintracciano con successo la loro preda e le farfalle svolazzano agilmente tra i fiori sui nostri balconi. Mentre dormiamo, milioni di altri animali fanno affidamento sui loro sistemi visivi per sopravvivere. Lo stesso si può dire per gli animali che vivono nell'oscurità eterna del mare profondo. Inoltre, la stragrande maggioranza degli animali nel mondo è per lo più attiva in condizioni di scarsa illuminazione. Come riescono a usare caratteristiche visive così potenti, specialmente gli insetti, con i loro occhietti e il loro cervello meno di un chicco di riso? Quali strategie ottiche e neurali hanno sviluppato per vedere bene in condizioni di scarsa illuminazione?
Per rispondere a queste domande, rivolgiamo la nostra attenzione agli insetti notturni. Nonostante i loro sistemi visivi minuscoli, gli insetti notturni vedono perfettamente in condizioni di scarsa illuminazione. Negli ultimi anni, abbiamo scoperto che gli insetti notturni possono evitare e agganciarsi agli ostacoli durante il volo, distinguere i colori, rilevare movimenti deboli, apprendere segnali visivi e usarli per l'homing. Possono persino navigare usando la debole immagine della polarizzazione stellare che la Luna crea e navigare usando le costellazioni di stelle nel cielo.
In molti casi, questa performance visiva sembra decisamente dirompente per ciò che è fisicamente possibile. Ad esempio, l'ape notturna centroamericana, Megalopta genalis, assorbe solo cinque fotoni con i suoi minuscoli occhi quando i livelli di luce sono al minimo, un segnale visivo completamente sfuggente. Eppure, nel cuore della notte, può navigare nella fitta e intricata foresta pluviale mentre si procura il cibo e tornare al sicuro al suo nido: un bastone scavato poco appariscente sospeso nel sottobosco.
Per scoprire come ciò sia possibile, gli scienziati hanno iniziato a studiare le falene di falco. Questi bellissimi insetti - colibrì del mondo degli invertebrati - sono rappresentati da graziose farfalle che volano veloci, che sono costantemente alla ricerca di fiori con nettare. Una volta trovato il fiore, la falena si libra davanti ad esso, succhiando il nettare attraverso la sua proboscide, un tubo orale.
La falena notturna europea Deilephila elpenor è una bellissima creatura che si nasconde in scaglie rosa e verdi piumate, raccogliendo il nettare nel cuore della notte. Diversi anni fa, gli scienziati hanno scoperto che questa farfalla può distinguere i colori di notte, il primo animale notturno noto per questo.
Questa farfalla ha recentemente rivelato un altro dei suoi segreti: i trucchi neurali che usa per vedere bene in condizioni di luce molto scarsa. Questi trucchi sono ovviamente usati anche da altri insetti notturni come il Megalopta. Studiando la fisiologia dei circuiti nervosi nei centri visivi del cervello, gli scienziati hanno scoperto che Deilephila può vedere bene in condizioni di scarsa illuminazione, impilando efficacemente i fotoni che raccoglie in diversi punti dello spazio e del tempo.
È un po 'come aumentare la velocità dell'otturatore su una fotocamera in condizioni di scarsa illuminazione. Se lasci che l'otturatore rimanga aperto più a lungo, più luce raggiungerà il sensore di immagine e otterrà un'immagine più luminosa. Lo svantaggio è che tutto ciò che si muove rapidamente, come un'auto di passaggio, non avrà il permesso, quindi l'insetto non lo vedrà.
Video promozionale:
Somma neurale
Per combinare i fotoni nello spazio, i singoli pixel di un sensore di immagine possono essere raggruppati per creare "superpixel" più piccoli ma più grandi. Ancora una volta, lo svantaggio di questa strategia è che anche ad alta luminosità, l'immagine sarà sfocata e priva di dettagli nitidi. Ma per un animale notturno che cerca di vivere al buio, riuscire a vedere un mondo luminoso, ma privo di dettagli e lento sarà meglio che non vedere proprio niente (e questa è l'unica alternativa).
I fisiologi hanno dimostrato che la somma neurale dei fotoni nel tempo e nello spazio è estremamente utile per la deilefila notturna. A qualsiasi intensità di luce notturna, dal crepuscolo alle stelle, la somma aumenta notevolmente la capacità del deilephil di vedere bene in condizioni di scarsa illuminazione. Infatti, grazie a questi meccanismi neurali, i deilephilas possono vedere con una luce 100 volte più debole di quanto farebbero altrimenti. I benefici della somma sono così grandi che anche altri insetti notturni molto probabilmente fanno affidamento su di essa per una buona visione notturna.
Il mondo visto dagli insetti notturni potrebbe non essere così commovente o ben risolto come quello visto dai loro parenti diurni attivi. Ma l'accatastamento assicura che sia abbastanza luminoso da intercettare la preda, volare al nido ed evitare gli ostacoli. Senza questa capacità, sarebbero ciechi come il resto di noi.
ILYA KHEL
