Occhio

L'occhio è un organo rotondo che percepisce la luce in modo che gli organismi possano vedere. È la prima parte del sistema visivo. Circa il 97% degli animali ha gli occhi. Gli occhi che percepiscono la luce sono presenti negli cnidari, nei molluschi, nei vertebrati, negli anellidi e negli artropodi.

Nei mammiferi, due tipi di cellule, i bastoncelli e i coni, permettono la vista inviando segnali al cervello attraverso il nervo ottico.

Alcuni animali possono vedere la luce che gli esseri umani non possono vedere. Possono vedere la luce ultravioletta o infrarossa.

La lente sulla parte anteriore dell'occhio agisce come l'obiettivo di una macchina fotografica. Può essere tirata più piatta dai muscoli all'interno dell'occhio, o può diventare più rotonda. Con l'avanzare dell'età, alcune persone potrebbero non essere più in grado di farlo perfettamente. Molte persone nascono con altri piccoli problemi o li ottengono più tardi nella vita, e possono aver bisogno di occhiali (o lenti a contatto) per risolvere il problema.




Occhio umano decorato con cosmetici
Occhio umano decorato con cosmetici

Luce da un singolo punto di un oggetto lontano e luce da un singolo punto di un oggetto vicino portati a fuoco
Luce da un singolo punto di un oggetto lontano e luce da un singolo punto di un oggetto vicino portati a fuoco

L'occhio di un falco
L'occhio di un falco

Tipi di occhio

Oggi si conoscono dieci diversi tipi di occhi. La maggior parte dei modi di catturare un'immagine si sono evoluti almeno una volta.

Un modo per classificare gli occhi è guardare il numero di "camere". Gli occhi semplici sono fatti di una sola camera concava, forse con una lente. Gli occhi composti hanno molte di queste camere con le loro lenti su una superficie convessa.

Gli occhi possono anche essere raggruppati in base a come è fatto il fotorecettore. I fotorecettori sono cillati o rabdomantici e alcuni anellidi li possiedono entrambi.

Occhi semplici

Occhi di fossa

Gli occhi di fossa sono collocati in una depressione nella pelle. Questo riduce gli angoli in cui la luce può entrare. Permette all'organismo di dire da dove viene la luce.

Questi occhi si trovano in circa l'85% dei phyla. Probabilmente sono venuti prima dello sviluppo di occhi più complessi. Gli occhi della fossa sono piccoli. Sono composti da un massimo di un centinaio di cellule, che coprono circa 100 µm. La direzionalità può essere migliorata riducendo la dimensione dell'apertura e mettendo uno strato riflettente dietro le cellule recettrici.

Occhio di Pinhole

L'occhio stenopeico è una forma avanzata di occhio di fossa. Ha diverse caratteristiche, in particolare una piccola apertura e una fossa profonda. A volte, l'apertura può essere cambiata. Si trova solo nel Nautilus. Senza una lente per mettere a fuoco l'immagine, produce un'immagine sfocata. Di conseguenza, i nautiloidi non possono discriminare gli oggetti con una separazione inferiore a 11°. Riducendo il diaframma si otterrebbe un'immagine più nitida, ma si farebbe entrare meno luce.

Occhio con lente sferica

La risoluzione degli occhi di fossa può essere migliorata molto aggiungendo un materiale per fare una lente. Questo ridurrà il raggio della sfocatura e aumenterà la risoluzione che si può ottenere. La forma più elementare può ancora essere vista in alcuni gasteropodi e anellidi. Questi occhi hanno una lente di un solo indice di rifrazione. È possibile ottenere un'immagine migliore con materiali che hanno un alto indice di rifrazione che diminuisce verso i bordi. Questo diminuisce la lunghezza focale e permette la formazione di un'immagine nitida sulla retina.

Questo occhio crea un'immagine abbastanza nitida che il movimento dell'occhio può causare una sfocatura significativa. Per minimizzare l'effetto del movimento dell'occhio mentre l'animale si muove, la maggior parte di questi occhi hanno muscoli oculari stabilizzatori.

Gli ocelli degli insetti hanno una lente semplice, ma il loro punto focale si trova sempre dietro la retina e non possono mai formare un'immagine nitida. Questo limita la funzione dell'occhio. Gli ocelli (occhi a pozzetto degli artropodi) sfocano l'immagine su tutta la retina. Sono molto bravi a rispondere a rapidi cambiamenti nell'intensità della luce in tutto il campo visivo - questa risposta veloce è accelerata ancora di più dai grandi fasci di nervi che portano l'informazione al cervello. La messa a fuoco dell'immagine provocherebbe anche la focalizzazione dell'immagine del sole su alcuni recettori. Questi potrebbero essere danneggiati dalla luce intensa; schermare i recettori bloccherebbe una parte della luce e ridurrebbe la loro sensibilità.

Questa risposta veloce ha portato a suggerire che gli ocelli degli insetti sono utilizzati principalmente in volo, perché possono essere utilizzati per rilevare i cambiamenti improvvisi in che modo è su (perché la luce, soprattutto la luce UV che viene assorbita dalla vegetazione, di solito viene dall'alto).

Cornea rifrangente

Gli occhi della maggior parte dei vertebrati terrestri (così come quelli di alcuni ragni e larve di insetti) contengono un fluido che ha un indice di rifrazione più alto dell'aria. La cornea è nettamente curva e rifrange la luce verso il fuoco. La lente non ha bisogno di fare tutta la rifrazione. Questo permette alla lente di regolare il fuoco più facilmente, per una risoluzione molto più alta.

Occhi riflettenti

Invece di usare una lente è anche possibile avere cellule all'interno dell'occhio che agiscono come specchi. L'immagine può quindi essere riflessa per mettere a fuoco in un punto centrale. Questo design significa anche che chi guarda in un occhio di questo tipo vedrà la stessa immagine dell'organismo che lo possiede.

Molti piccoli organismi come i rotiferi, i copeopodi e i platelminti usano questo design, ma i loro occhi sono troppo piccoli per produrre immagini utilizzabili. Alcuni organismi più grandi, come le capesante, usano anche occhi riflettori. La capasanta Pecten ha fino a 100 occhi riflettori su scala millimetrica che circondano il bordo della sua conchiglia. Rileva gli oggetti in movimento quando passano le lenti successive.

Occhi composti

Gli occhi composti sono diversi dagli occhi semplici. Invece di avere un solo organo che può percepire la luce, essi mettono insieme molti di questi organi. Alcuni occhi composti ne hanno migliaia. L'immagine risultante è messa insieme nel cervello, sulla base dei segnali delle molte unità oculari. Ciascuna di queste unità è chiamata ommatidio, diverse sono chiamate ommatidi. Gli ommatidi sono situati su una superficie convessa, ognuno di essi punta in una direzione leggermente diversa. A differenza degli occhi semplici, gli occhi composti hanno un angolo di vista molto ampio. Possono rilevare il movimento veloce e talvolta la polarizzazione della luce.

Gli occhi composti sono comuni negli artropodi, negli anellidi e in alcuni molluschi bivalvi

Nautilus ha un occhio stenopeico
Nautilus ha un occhio stenopeico

Gli artropodi come questa ape carpentiera hanno occhi composti
Gli artropodi come questa ape carpentiera hanno occhi composti

Evoluzione dell'occhio

L'evoluzione degli occhi è iniziata con delle semplici macchie sensibili alla luce negli organismi unicellulari. Queste macchie oculari non fanno altro che rilevare se l'ambiente circostante è chiaro o scuro. La maggior parte degli animali ha un "orologio" biochimico all'interno. Queste semplici macchie oculari sono usate per regolare questo orologio giornaliero, che è chiamato ritmo circadiano. Alcune lumache, per esempio, non vedono alcuna immagine (foto), ma percepiscono la luce, il che le aiuta a stare lontane dalla luce del sole.

Gli occhi più complessi non hanno perso questa funzione. Un tipo speciale di cellule nell'occhio percepisce la luce per uno scopo diverso dal vedere. Queste cellule sono chiamate cellule gangliari. Si trovano nella retina. Inviano le loro informazioni sulla luce al cervello lungo un percorso diverso (il tratto retinoipotalamico). Queste informazioni regolano (sincronizzano) il ritmo circadiano dell'animale al ciclo luce/buio della natura di 24 ore. Il sistema funziona anche per alcune persone cieche che non vedono affatto la luce.

Gli occhi che sono un po' meglio sono a forma di coppa, il che permette all'animale di sapere da dove viene la luce.

Gli occhi più complessi danno il senso completo della visione, incluso il colore, il movimento e la consistenza. Questi occhi hanno una forma rotonda che fa concentrare i raggi di luce sulla parte posteriore dell'occhio, chiamata retina.

Altro

I buoni volatori come le mosche o le api, o gli insetti che catturano le prede come le mantidi religiose o le libellule, hanno zone specializzate di ommatidi organizzate in una zona fovea che dà una visione nitida. In questa zona gli occhi sono appiattiti e le sfaccettature sono più grandi. L'appiattimento permette a più ommatidi di ricevere la luce da un punto. Questo dà una risoluzione più alta.

Il corpo di Ophiocoma wendtii, un tipo di stella fragile, è coperto di ommatidi, trasformando tutta la sua pelle in un occhio composto. Lo stesso vale per molti chitoni.

L'occhio composto di una libellula
L'occhio composto di una libellula


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