Forma da pupila ligada ao lugar dos animais na teia ecológica

Embora os olhos possam ser uma janela para a alma, novas pesquisas conduzidas por cientistas da UC Berkeley sugerem que as pupilas também poderiam revelar se se é caçador ou caçado.

Uma análise de 214 espécies de animais terrestres mostra que o nicho ecológico de uma criatura é um forte preditor da forma da pupila. Espécies com pupilas que são fendas verticais são mais prováveis de serem predadores de emboscada que são ativos tanto de dia como de noite. Em contraste, aqueles com pupilas alongadas horizontalmente são extremamente prováveis de serem espécies de presas comedoras de plantas com olhos nos lados da cabeça. Alunos circulares foram ligados a “forrageiros ativos”, ou animais que perseguem suas presas.

O estudo, conduzido pelo cientista de visão Martin Banks, um professor de optometria da UC Berkeley, em colaboração com a Universidade de Durham, no Reino Unido, apresenta uma nova hipótese sobre o porquê dos alunos serem moldados e orientados da forma como são. Os resultados foram publicados hoje na revista Science Advances.

Esta pesquisa atual se baseia nos fundamentos estabelecidos pelo falecido Gordon Walls, um professor de optometria da UC Berkeley que publicou The Vertebrate Eye and Its Adaptive Radiation (O Olho Vertebrado e sua Radiação Adaptativa) em 1942. O texto clássico sobre fisiologia ocular apresenta a teoria, geralmente aceita, de que as pupilas em forma de fenda permitem uma musculatura diferente e uma maior amplitude na quantidade de luz que entra no olho.

Por exemplo, as fendas verticais de gatos domésticos e osgas-do-mato sofrem uma mudança de 135 e 300 vezes na área entre os estados de constrição e dilatação, enquanto as pupilas circulares dos humanos sofrem uma mudança de apenas 15 vezes.

Por que não fendas diagonais?

“Para espécies que são activas tanto de noite como de dia, como os gatos domésticos, as pupilas cortadas fornecem a gama dinâmica necessária para ajudá-los a ver com pouca luz, mas não ficarem cegos pelo sol do meio-dia”, disse Banks. “No entanto, esta hipótese não explica porque as fendas são verticais ou horizontais. Por que não vemos as fendas diagonais? Este estudo é a primeira tentativa de explicar por que a orientação é importante”

As presas de rapina têm as pupilas alongadas horizontalmente que expandem o seu campo de visão. Seus olhos giram para que as pupilas fiquem alinhadas com o solo, independentemente de sua cabeça estar erguida ou abaixada. (Foto de Martin Banks, UC Berkeley)

Para explicar porque as pupilas alongadas horizontalmente, com poucas exceções, correspondiam a animais de presa como ovelhas, veados e cavalos, os pesquisadores recorreram a modelos de computador para estudar os efeitos de diferentes formas de pupilas.

Foram descobertos que as pupilas horizontais expandiram o campo de visão efetivo. Quando esticadas horizontalmente, as pupilas estão alinhadas com o solo, recebendo mais luz pela frente, pelas costas e pelos lados. A orientação também ajuda a limitar a quantidade de luz deslumbrante do sol acima para que o animal possa ver melhor o solo, disseram os pesquisadores.

“O primeiro requisito visual fundamental para estes animais é detectar os predadores que se aproximam, que geralmente vêm do solo, por isso eles precisam ver panoramicamente no solo com o mínimo de pontos cegos”, disse Banks. O segundo requisito crítico é que, uma vez detectado um predador, eles precisam ver para onde estão correndo”. Eles têm que ver suficientemente bem do canto do olho para correr rapidamente e pular por cima das coisas”

Mas o que acontece com essa orientação quando o animal baixa a cabeça para pastar? Se o aluno segue o passo da cabeça, eles se tornam mais verticais e a teoria vacila.

“Para verificar isso, passei horas no Zoológico de Oakland, muitas vezes cercado por crianças da escola em viagens de campo, para observar os diferentes animais”, disse Banks. “Com certeza, quando cabras, antílopes e outros animais de rapina de pasto abaixavam a cabeça para comer, os olhos giravam para manter o alinhamento horizontal dos alunos com o solo”.

No outro lado do Atlântico, o co-autor do estudo Gordon Love, professor de física da Universidade de Durham, encontrou esse mesmo padrão ao observar ovelhas e cavalos em fazendas próximas. Os olhos dos animais que pastam podem girar 50 graus ou mais em cada olho, um intervalo 10 vezes maior que os olhos humanos, disseram os pesquisadores.

Como os predadores de emboscada se concentram quando capturam presas

As pupilas verticais têm muita probabilidade de estar associadas a predadores de emboscada que estão activos de dia e de noite. ()

Para os predadores de emboscada com pupilas de fenda vertical, os autores notaram a importância de medir com precisão a distância que os animais precisariam para atacar as suas presas. Os pesquisadores identificaram três pistas geralmente usadas para medir a distância: estereopse, ou disparidade binocular; paralaxe de movimento, na qual objetos mais próximos se movem mais longe e mais rápido através de nosso campo de visão; e desfocagem, na qual objetos a diferentes distâncias estão fora de foco.

Os pesquisadores descartaram a paralaxe de movimento como um fator, uma vez que usar essa pista exigiria movimento da cabeça que poderia revelar a posição do predador. As duas tacas restantes, disparidade binocular e desfocagem, trabalham em conjunto com pupilas alongadas verticalmente e olhos virados para a frente, disseram os pesquisadores.

A visãoinocular funciona melhor a julgar diferenças quando os contornos são verticais e os objetos estão à distância, enquanto a desfocagem entra em jogo para contornos horizontais e alvos próximos ao campo. Alunos com abertura vertical maximizam ambas as pistas, disseram os pesquisadores.

Alunos verticais não estão igualmente distribuídos entre predadores de emboscada, no entanto.

“Uma coisa surpreendente que notamos deste estudo é que as pupilas cortadas estavam ligadas a predadores que estavam perto do chão”, disse William Sprague, um pesquisador pós-doutorando no laboratório de Banks. “Então gatos domésticos têm fendas verticais, mas gatos maiores, como tigres e leões, não têm”. Suas pupilas são redondas, como humanos e cães”

Entre os 65 predadores de olhos frontais, de emboscada neste estudo, 44 tinham pupilas verticais, e 36 deles tinham alturas de ombro que eram inferiores a 42 centímetros (16,5 polegadas). As pupilas verticais parecem maximizar a capacidade dos pequenos animais de julgar distâncias de presa.

Os autores explicaram isso calculando que as pistas de profundidade de campo baseadas no borrão são mais eficazes para estimar distâncias para animais curtos do que para animais altos.

“Estamos aprendendo o tempo todo o quanto o olho e a visão são notáveis”, disse Love. “Este trabalho é outra peça do quebra-cabeça de entender como os olhos funcionam”.

Os autores observaram que esta pesquisa se concentrou nas espécies terrestres. Eles esperam examinar associações de vida aquática, aérea e arbórea sobre a posição dos olhos e a forma da pupila em estudos futuros.

Outros co-autores deste estudo são Jürgen Schmoll e Jared Parnell da Universidade de Durham.

Os Institutos Nacionais de Saúde e o Conselho de Pesquisa em Engenharia e Ciências Físicas ajudaram a apoiar esta pesquisa.