Deşi lupii și vulpile au unele trăsături asemănătoare, este suficient să vă uitaţi la ochii lor pentru a observa o diferenţă evidentă. În timp ce lupii au o pupilă rotunjită ca la oameni, pupila vulpilor are forma unei linii verticale subțiri.

Pupila ochiului la animale se prezintă sub toate formele și dimensiunile. Cum se explică aceste diferențe?

Pupila ochiului la diferite animalePupila ochiului la oaie, lup, vulpe şi sepie. Credit: Jim Champion (oaie); R’lyeh (lup); Michele Lamberti (vulpe); William Warby (sepie), CC BY-SA

Aceasta este o întrebare care i-a preocupat îndelung pe oamenii de știință care studiază vederea şi optica. Într-un nou studiu publicat în revista Science Advances, împreună cu colegii mei din University of California-Berkeley am explicat de ce pupila ochiului este atât de diferită în rândul animalelor.

La capre, oi, cai, pisici domestice, precum și la numeroase alte animale, forma pupilei ochiului variază de la un cerc, în lumină slabă, la o fantă îngustă sau un dreptunghi în lumină puternică. Se crede că acest lucru se datorează faptului că o pupilă alungită permite un control mai bun a cantităţii de lumină care intră în ochi. De exemplu, la o pisică domestică aria pupilei variază cu un factor de 135 între momentul când pupila este deschisă la maxim şi momentul când pupila este îngustată complet, în timp ce la oameni, care au o pupilă circulară, aria pupilei variază cu un factor de 15. Această particularitate este deosebit de utilă pentru animalele care sunt active atât ziua, cât și noaptea, permițând o vizibilitate mult mai bună în condiții de luminozitate scăzută.

Pupila ochiului la pisiciPupila ochiului la pisici. Credit: Mark Sebastian (L); Kurt Bauschardt (R), CC BY-SA

Cu toate acestea, dacă o pupilă alungită oferă un control mai bun a cantităţii de lumină care intră în ochi, atunci orientarea acesteia nu ar fi importantă: o pupilă orizontală, verticală sau în diagonală ar oferi același avantaj. În schimb, s-a constat că pupila este aproape întotdeauna orientată orizontal sau vertical, ceea ce sugerează că trebuie să existe alte avantaje care să explice această orientare.

Cercetarea noastră s-a concentrat asupra avantajelor vizuale conferite de o pupilă orientată vertical și orizontal la mamifere și la șerpi. Am descoperit că orientarea pupilei depinde de nișa ecologică a animalului.

Am constatat că animalele care au o pupilă alungită vertical sunt, cel mai probabil, animale de pradă în ambuscadă, acestea ascunzându-se până când atacă prada de la o distanță relativ mică. De asemenea, acestea au ochii în partea din față a capului. Vulpile și pisicile domestice sunt exemple clare în acest sens. Diferența dintre vulpi și lupi este aceea că lupii nu sunt animale de pradă în ambuscadă, ei vânând în haită.

Prin contrast, pupilele alungite pe orizontală sunt aproape întotdeauna prezente la animalele care pasc şi care au ochii pe părţile laterale ale capului. Se pot menţiona aici oile și caprele.

Noi am realizat un model computerizat al ochiului care simulează modul în care se formează imaginile în cazul unor pupile de diferite forme, tocmai pentru a deduce ce orientare a pupilei ar putea fi benefică unor animale diferite. A rezultat că o pupilă alungită vertical le sporeşte animalelor de pradă în ambuscadă capacitatea de a estima cu precizie distanţa, fără să fie nevoite să deplaseze capul (în acest fel acestea sunt mai greu de depistat atunci când vânează).

Animalele erbivore se confruntă cu probleme diferite. Ele trebuie să verifice dacă în jurul lor se află animale de pradă și trebuie să fugă rapid în cazul în care sunt atacate. Având ochii pe partea laterală a capului, acestea pot să vadă aproape tot în jurul lor. O pupilă orientată orizontal le ajută să mărească cantitatea de lumină care le vine din față și din spate, reducând în același timp cantitatea de lumină care le vine de deasupra și de dedesubt. Aceste animale au o vedere panoramică de-a lungul solului care le ajută să detecteze animalele de pradă cât mai devreme posibil. O pupilă orizontală îmbunătățește, de asemenea, vederea în planul orizontal și acest lucru constituie un avantaj pentru aceste animale atunci când aleargă cu viteză pentru a scăpa de prădători.

Pupilele alungite vertical le ajută pe animalele de pradă care vânează în ambuscadă să prindă prada, iar pupilele alungite pe orizontală le ajută pe animalele erbivore să scape de prădători.

Ne-am dat seama că ipoteza noastră prezice că animalele mai scunde ar trebui să beneficieze de un avantaj mai mare de pe urma unor pupile orientate vertical, în comparaţie cu cele mai înalte. În consecinţă, am verificat din nou datele în cazul unor animale cu ochii frontali și pupilele orientate vertical și am constatat că 82% dintre acestea se încadrează în categoria celor mai puţin înalte (la care înălțimea umărului este mai mică de 42 cm). În cazul  animalelor având pupile circulare, procentul celor mai puţin înalte animale este de doar 17%.

De asemenea, ne-am dat seama că există o potențială problemă cu teoria privind pupila alungită orizontal. În cazul în care pupila orientată orizontal conferă un astfel de avantaj pentru animalele erbivore, ce se întâmplă atunci când aceste animale se uită în jos pentru a paşte? Pupila acestora se mai aliniază orizontal cu solul?

Am verificat acest lucru observând animalele din grădinile zoologice și din ferme. Am constatat că ochii caprelor, cerbilor, cailor și oilor se rotesc atunci când acestea înclină capul în jos pentru a mânca, menținând în schimb pupila ochiului aliniată cu solul. Fiecare ochi la aceste animale se rotește cu 50 de grade, eventual chiar mai mult.

Forma unor pupile este încă inexplicabilă. De exemplu, mangustele au ochii poziţionaţi frontal, dar pupila acestora este orientată orizontal, şopârlele au pupile circulare uriașe atunci când acestea sunt dilatate, dar care se micşorează foarte mult atunci când se îngustează, iar sepia are pupila în formă de „W”. Înțelegerea tuturor acestor variații de formă reprezintă o provocare interesantă pentru viitor.

Traducere şi adaptare după Revealed: why animals’ pupils come în different shapes and sizes