Written by Nancy Miorelli

Gli occhi sono strutture notevoli che si sono evolute indipendentemente almeno tre volte. Il vantaggio più evidente degli occhi è che ci aiutano a capire il mondo che ci circonda assorbendo ciò che è essenzialmente dati, che il nostro cervello poi decodifica per dirci che c’è un autobus in arrivo e per toglierci di mezzo.

Bene, la cosa di evolution è che non deve funzionare perfettamente – abbastanza buono, come il tuo studente C perfettamente medio. L’efficacia complessiva e le successive modifiche all’occhio composto sono riassunte molto bene da Nilsson.

È solo una piccola esagerazione dire che evolution sembra combattere una battaglia disperata per migliorare un design fondamentalmente disastroso.

Nilsson 1989

Quindi, il vantaggio che l’occhio composto dà alla mosca è che la mosca può vedere. Consente alla mosca di sapere se qualcosa sta arrivando verso di essa, dove la mosca è posizionata nel suo ambiente, cosa c’è lì, e dice alla mosca che si sta muovendo in relazione ad altre cose.

Ma presumo che non sia *davvero* ciò che la domanda sta chiedendo. Quindi cerchiamo di ottenere un paio di cose fuori del modo prima di parlare di ciò che gli occhi composti fanno e alcune modifiche che mosche hanno fatto a loro nel corso degli anni.

1. Evolution non è esigente su come vengono fatte le cose. Quindi gli organi di rilevamento della luce spuntano e rimangono in giro perché gli organismi che li hanno di solito diventano meno morti di cose che non lo fanno.
2. Questo è, ovviamente, se l’organismo ha bisogno di vedere. Gli occhi sono di solito le prime cose a scomparire se si vive in grotte. O se sei un verme mosca che investe i suoi primi giorni faccia prima di mangiare cadaveri in decomposizione.
   

   Sono un verme e nient’altro che un sistema digestivo respiratorio.
   PC: CedricDW (CC by SA 3.0)

3. Non sono solo le mosche ad avere occhi composti. Tutti gli insetti che hanno gli occhi hanno occhi composti. Molti insetti imbrogliano e hanno sia semplici recettori di rilevamento della luce che occhi composti.
   

   Questo Dobsonfly ha entrambi gli occhi composti e ocelli. (Neuroptera: Corydalidae)
   PC: Nancy Miorelli

4. Ci sono circa 150.000 specie descritte di mosche vere descritte (Diptera) con un numero totale stimato di specie di mosche intorno a 240.000. Quindi, questo sarà molto generalizzato e non comprende affatto ogni organismo.

Quindi parliamo dell’occhio composto e di come gli insetti e in particolare le mosche lo hanno adattato per adattarsi a esigenze specifiche.

L’occhio composto non è niente come l’occhio umano. Abbiamo due bulbi oculari e in ognuno di essi abbiamo una lente che focalizza l’immagine sulla nostra retina. I coni ci aiutano a vedere il colore e le aste ci aiutano a vedere al buio. Il nervo ottico è il cavo che va dal bulbo oculare – il data center – al nostro cervello – l’interprete. È difficile parlare di quale sia la risoluzione dell’occhio umano in realtà per molte ragioni (whichVsauce spiega di seguito). Fondamentalmente, la risoluzione è abbastanza buona e, tutto sommato, non richiede molto spazio fisico per produrre.

L’occhio composto è costituito da molti “ommatidi”, le unità di base di cui è composto l’occhio dell’insetto. Ognuno è un po ‘ come un bulbo oculare nel fatto che ha una lente che focalizza la luce e ha pigmenti (opsins) per rilevare il colore. Un vantaggio di questo sistema è che l’immagine viene proiettata in ogni ommatidum lato destro verso l’alto, a differenza dei nostri occhi. Gli insetti con grandi occhi globulari hanno praticamente una vista panoramica a 360 del mondo e non devono girare la testa per avere un’idea del loro ambiente. Questa configurazione, per la maggior parte degli insetti, rimuove ovvi punti ciechi ed è parte del motivo per cui le mosche possono vederti arrivare e schivare i tuoi tentativi infruttuosi.

Le mosche migliorano un cattivo sistema

La risoluzione dell’occhio composto si ottiene in modi diversi.

1. Puoi semplicemente aggiungere più unità. Questo è fondamentalmente ciò che la libellula ha fatto con tutti i 30.000+ ommatidi che ha. Alcuni insetti sotterranei ne hanno solo 20.
2. Puoi creare unità più grandi.
3. È possibile modificare le unità. Questo è stato fatto in alcuni gruppi e ci sono sicuramente alcuni compromessi.

Le mosche che fanno molto affidamento sulla loro visione, per la maggior parte, hanno incassato su tutte le opzioni. Le mosche domestiche (Musca domestica) hanno una moderata quantità di ommatidi, ma i maschi hanno più ommatidi (~3.500) rispetto alle femmine (~3.400) e occhi più grandi, suggerendo che la visione gioca un ruolo importante nella determinazione del compagno. In effetti, questo modello è facilmente visibile in altre due famiglie di mosche, le Mosche della carne (Sarcophagidae) e le Mosche del colpo (Calliophoridae). Le mosche di casa erano all’estremità inferiore dello spettro con alcuni file di soffiaggio che si avvicinavano alle ~ 5.500 api ommatidi. Anche se questo non è il 30.000 che le libellule hanno, ogni ommatidio di una mosca di casa, Mosca di carne o mosca di colpo è più grande di quello di una libellula. Inoltre hanno ancora molto di più dei 2.000 scarafaggi americani e degli 800 che hanno la Drosophila. Quindi la chiameremo una bella via di mezzo.

Tutte le mosche hanno un rabdom in ogni ommatidio. Questo è fondamentalmente ciò che fa il “vedere” in un insetto. La luce viene focalizzata attraverso la lente e sul rabdomo e i fotopigmenti vengono stimolati. Nella maggior parte degli occhi degli insetti, ogni ommatidio agisce come un singolo “pixel” che l’insetto può vedere. Anche se in realtà non è un “pixel”, per semplicità funziona come un’analogia abbastanza buona. Le vere mosche (i ditteri dell’ordine) hanno il loro rabdom diviso in sette parti. È un sistema piuttosto complicato, ma fondamentalmente le mosche possono aumentare la loro risoluzione di un fattore 7 senza aumentare le dimensioni del loro occhio.

Il punto da portare a casa è che gli occhi composti sono un cattivo design per la risoluzione perché per ottenere di più, devi occupare molto spazio. E lo spazio non è una merce su un piccolo animale come un insetto, quindi gli insetti devono diventare furbi.

Linee di vista

Gli insetti non possono concentrarsi sugli oggetti cambiando la forma della loro lente o la posizione della loro lente, quindi devono spostarsi più vicino o più lontano per vedere le cose chiaramente. Sacrificano la percezione della profondità e la capacità di concentrarsi per vedere un sacco di cose (visione grandangolare) e percepire il contrasto. Pertanto, qualcosa chiamato acuità visiva è molto importante. Fondamentalmente, maggiore è la loro acuità visiva, maggiore è il dettaglio che l’insetto può vedere su un oggetto. Ovviamente, più dettagli puoi vedere, meglio è. Alcuni insetti sono ai limiti massimi della loro risoluzione in modo da avere alcuni altri trucchi nifty sulle maniche. Questo è dove le linee di vista entrano in gioco.

Alcuni insetti hanno bisogno di un’elevata acuità visiva per l’accoppiamento o per catturare la preda. Pertanto, alcune aree dei loro occhi sono assegnate per vedere le cose con maggiore acuità, sacrificando la qualità dell’immagine di altre parti dei loro occhi. Le libellule hanno una grande acuità visiva sulla parte superiore e centrale dei loro occhi. Questo li aiuta a strappare la loro preda. Le mosche maschili, oltre ad avere occhi più grandi, hanno zone di acuità più specializzate rispetto alle loro controparti femminili. Una mosca Hover in particolare (Syritta pipiens) può vedere la femmina a una distanza in cui lei non può vederlo. La perseguita letteralmente. Le mosche non sono conosciute per essere romantiche.

La visione è l’arte di vedere ciò che è invisibile agli altri ~Johnathon Swift

Gli umani sono piuttosto bravi a vedere i colori. Possiamo vedere circa 10 milioni di colori diversi con tre tipi di coni. Insetti e crostacei usano opsine per rilevare la luce. I gamberetti mantis hanno 16 opsins e in precedenza si pensava che detenessero il record mondiale, potendo vedere trilioni di colori, fino a quando alcune libellule non entrarono. Alcune specie di libellule sono state trovate per avere oltre 30 opsine, ma siamo incerti della loro capacità specifica di distinguere i colori. Usando il gambero di mantide, le capacità di differenziazione del colore dell’occhio composto vengono riconsiderate. La grande domanda qui è: “perché è importante vedere tutti questi colori diversi?”. In entrambi i casi, questi animali sono predatori veloci e devono essere in grado di distinguere le cose commestibili da cose non commestibili. La discrezione rapida del colore è importante, ma forse determinare la differenza tra #75D1FF e #83D6FF non lo è. Infatti, se questi due non fossero etichettati e ti fossero mostrati uno alla volta, potresti dire la differenza? Tecnicamente i tuoi occhi possono, ma il tuo cervello no, specialmente se non hai parole per descrivere i diversi colori.

Ok quindi alcuni occhi composti possono (probabilmente) distinguere più colori di noi, ma molti insetti sono ciechi alla luce rossa e arancione. Tuttavia, gli insetti possono vedere la luce UV mentre noi non possiamo. La loro risoluzione può essere peggiore della nostra, ma possono vedere lunghezze d’onda UV dannose e dannose. Questo è usato dagli impollinatori (molti dei quali sono impollinatori come le mosche hover!) per navigare verso i fiori e per segnali di accoppiamento complessi, ma può anche portarli alla loro morte. Gli insetti possono anche vedere la luce polarizzata e molti la usano per navigare e per accoppiarsi.

Visione notturna

Gli insetti che sono completamente notturni hanno modificato la struttura dell’occhio composto. Normalmente, l’interno dell’ommatidio è rivestito con cellule pigmentate. Ciò impedisce alla luce di penetrare nell’ommatida adiacente. Di solito questo è buono perché più luce che inonda rende la risoluzione abbattere i tubi. Ma gli insetti volanti notturni non hanno queste cellule pigmentate, quindi la luce invade gli ommatidi che consente loro di percepire di più di notte ma a una risoluzione inferiore. Inoltre, mentre il rabdom di solito si trova proprio sotto le strutture in un ommitidia negli insetti volanti di giorno, negli insetti volanti notturni il rabdom è disconnesso e separato da una zona chiara. Ciò consente alla luce degli ommatidi adiacenti di stimolare un rabdom per creare un’immagine migliore.

Molti piccoli moscerini e zanzare sono crepuscolari, il che significa che volano all’alba e al tramonto, ma le mosche hanno generalmente modifiche agli occhi per divertirsi alla luce del sole. Normalmente sarebbero fuori di fortuna vedendo una volta che il sole immerso sotto l’orizzonte, ma le mosche hanno quel rabdom 7 way split. Questo li aiuta a volare in condizioni di scarsa illuminazione perché le 7 parti del rabdom sono separate e agiscono in modo simile ai rabdomi separati dagli ommatidi dalla zona chiara. In particolare per moscerini e zanzare, dà loro un extra di 15 o giù di lì minuti prima dell’alba e dopo il tramonto. Questo non sembra molto per noi, ma dà loro una piccola finestra per sciamare, accoppiarsi e nutrirsi senza essere incredibilmente visibili ai predatori.

Alcune modifiche bizzarre

Più spesso visto in libellule (ma alcune mosche hanno anche questo), la parte superiore dell’occhio è un colore più scuro rispetto al resto dell’occhio. Questo è stato suggerito che agisce come un paio di occhiali da sole e protegge i loro occhi dalla luce solare diretta. È stato anche suggerito per libellule e gufi, che questa macchia scura aiuta l’insetto a vedere la preda volare contro il cielo blu.

Prendendo in prestito gli occhiali da sole di Kanye West:

Un sacco di mosche hanno motivi di colore pazzi sui loro occhi. Non siamo sicuri dello scopo esatto. Per alcuni può avere un ruolo nell’accoppiamento. Le mosche di cavallo (Tabanidae) probabilmente lo usano come un comodo filtro di colore. Mosche cavallo sono alimentatori di sangue e le cose che attaccano sono grandi, ingombranti, alimentatori di erba che di solito sono circondati da un sacco di vegetazione. Avendo gli occhi verdi, Cavallo vola efficacemente messo su occhiali verdi che rendono lo sfondo appare grigio e loro padroni di casa si distinguono dallo sfondo.

Tienilo, se è sexy:

A volte all’evoluzione non importa se puoi vedere ed è importante solo quanto sei sexy. Questo è quello che è successo alla mosca dagli occhi di gambo. I gambi scandaloso che i maschi portano in giro reale ostacolare le loro capacità di volo, ma possono ancora vedere relativamente bene.

TL;DR

Gli occhi composti non sono davvero i più grandi perché è difficile compensare la bassa risoluzione. Tuttavia, insetti e mosche in particolare hanno alcuni trucchi piuttosto nifty per compensare. Gli occhi composti non lasciano davvero che gli insetti vedano la luce rossa o arancione, ma gli insetti possono vedere bene nella gamma UV e persino usare la luce polarizzata per la navigazione.

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