Gli occhi dorati del pesce elicottero: Macropinna microstoma

Je dis: Que cherchent-ils au Ciel, tous ces aveugles?

Les aveugles— Charles Baudelaire

La famiglia Opisthoproctidae ospita 11 specie di pesci oceanici, tutti di profondita’, che sembrano fare a gara per chi ha l’adattamento piu’ bizzarro. Di uno di questi pesci, il Dolichopteryx longipes, si e’ gia’ discusso in precedenza su questo blog.

Siccome alle stranezze non c’e’ mai fine, sotto a chi tocca e passiamo all’ancora piu’ bizzarro Macropinna microstoma.

Sia  Dolichopteryx longipes che Macropinna microstoma hanno avuto di recente il loro quarto d’ora di celebrita’ sui giornali perche’ nuovi incredibili dettagli sono emersi su di loro grazie al lavoro certosino dei biologi marini, ma entrambe le specie erano gia’ da tempo note alla scienza. Macropinna microstoma, in particolare, era stato classificato gia’ nel 1939 da Chapman e sin da allora erano cominciati gli studi sulla fisiologia e sulla biochimica di questo bizzarro pesciolino, piuttosto comune lungo le coste Nord Americane del Pacifico. Il pesce tuttavia e’ piuttosto incospicuo, raggiunge in media una massima lunghezza di 5 cm e vive nella zona mesopelagica tra 500 e 1000 metri di profondita': per questo motivo, ancora molto poco su di lui e’ noto.

Cio’ che manca fondamentalmente e’ la possibilita’ di osservare i pesci di profondita’ direttamente. Complicatissimo inviare subacquei in una zona profonda, buia, freddissima e scarsamente popolata quale e’ la “twilight zone” mesopelagica. Complicatissimo, se non quasi impossibile, anche pescare vivi o almeno integri questi pesci: la differenza di pressione fa si che arrivino in superficie in condizioni anatomicamente pietose.

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Effetti della decompressione  dovuti al cambiamento di profondita’ in un esemplare di Macropinna microstoma. foto: barcodinglife.org

Per ovviare a cio’ il Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) utilizza due ROV che si chiamano Ventana e Tiburion, dei robot teleguidati da una barca che possono muoversi agevolmente anche a grandi profondita’ (600-800 m) e sono muniti di telecamera e capacita’ di manipolazione, oltreche’ di fari potenti. Cio’ ha consentito a due ricercatori del MBARI, Bruce H. Robison e Kim R. Reisenbichle, di osservare e filmare Macropinna microstoma comodamente seduti su una barca, sin dal 2004. Le riprese tuttavia non possono sostituire del tutto l’osservazione diretta; i due ricercatori del MBARI sono allora riusciti a fare un sei al superenalotto scientifico e a pescare vivo uno di questi pesci nel 2008.

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 Macropinna microstoma fotografato da un ROV. © 2004 MBARI; foto: mbari.org

La incredibile, rivoluzionaria scoperta dei due scienziati e’ questa: i barreleye (occhi a barile, questo il nome comune americano di questo pesce e di altri della stessa famiglia, che significa “occhi a barile” per via della forma tubolare) possono muovere gli occhi. Tutto qui, direte voi? Tutto qui.  Il resto era gia’ noto e l’hanno montato i giornali.

Cos’hanno quindi  anomalo gli occhi di M. microstoma? Fondamentalmente, tutto. La vita in un ambiente quasi completamente buio ha i suoi costi da pagare in termini di adattamento.

Innanzi tutto, c’e’ la caratteristica piu’ evidente: il cranio del pesce e’ coperto da una calotta trasparente, simile al parabrezza di un elicottero. Lo spazio sotto la calotta e’ riempito con un liquido trasparente e al di sotto si vedono i due cristallini, verde luminescente, che sporgono (ouch!) al di fuori della pupilla. Sotto i cristallini, ben visibili in trasparenza, ci sono due strutture tubulari e argentate che costituiscono il resto degli occhi. Anteriormente, sempre ben protetti dalla capsula, ci sono al di sopra della bocca due organi olfattori che a prima vista sembrano gli occhi. Il motivo per cui questa scoperta e’ cosi’ recente e’ che in genere negli esemplari pescati la calotta esplode per la differenza di pressione, ed infatti nei disegni classici del pesce non e’ rappresentata.

 

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I disegni anatomici di Macropinna microstoma precedenti alle esplorazioni di MBARI non rappresentano la calotta trasparente. Immagine: access.afsc.noaa.gov

L’ipotesi avanzata da  Robison e Reisenbichle e’ che la calotta trasparente costituisca una protezione per i delicati occhi dell’animale. Il Macropinna infatti si nutrirebbe a spese di meduse coloniali del genere Apolemia dell’ordine dei Siphonophora. Questi celenterati possono avere tentacoli lunghi anche 10 metri e catturano, grazie alle cellule urticanti, copepodi ed altre piccole prede. Si specula quindi che il barreleye si insinui agilmente tra i tentacoli per rubare le prede alla medusa con la sua bocca piccola e precisa; la calotta trasparente offrirebbe una protezione agli occhi del pesce contro i tentacoli urticanti della medusa. Personalmente questa ipotesi non mi convince molto, a questo scopo basterebbe sviluppare delle cornee come quelle degli altri pesci, e suppongo che il pesce sia insensibile alla tossina delle Apolemia, se questo e’ il suo stile di vita, altrimenti sarebbe come giocare tutti i giorni alla roulette russa.

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Si riteneva che i due barilotti che costituiscono gli occhi fossero immobili, puntando sempre verso l’alto alla ricerca di prede nella direzione della quasi inesistente luce solare. In realta’ a quella profondita’ quel che si cerca sono luci da bioluminescenza contro lo sfondo scuro. Ci si chiedeva quindi come facesse il pesce a guardare in direzione della bocca quando catturava qualche preda. Ebbene, i due ricercatori canadesi hanno osservato sia dalle immagini del ROV che nell’unico esemplare catturato vivo, che e’ sopravissuto qualche ora nell’acquario sulla barca, che il pesce puo’ ruotare gli occhi in avanti per guardare cosa ha di fronte. Elementare, Watson.

Inutile a dirsi, gli occhi del Macropinna sono tubolari e non sferici come quelli degli altri pesci perche’ cio’ consente di cogliere meglio i fuochi fatui delle bioluminescenze abissali: l’enorme cristallino sferico non e’ compensato da un altrettanto grande occhio che disperderebbe la luce, ma posto al di sopra di un tubo che fisiologicamente rappresenta una specie di cannocchiale, e che e’ piu’ stretto del cristallino. Immaginate quindi il campo visivo di questo pesce provando a guardare il mondo attraverso un binocolo da teatro: solo quello che e’ direttamente davanti a voi puo’ essere osservato. Non molto comodo, ma almeno quella piccola immagine e’ a fuoco.

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Ebbene si, Macropinna microstoma puo’ ruotare gli occhi: in A si vedono entrambi i cristallini puntare verso ‘alto, in B solo il destro, che punta verso la bocca. Foto: scienceblogs.com

Ma perche’ i cristallini sono verdi? Bella domanda, non e’ chiarissimo. Nel regno animale ci sono tre tipi di animali che hanno una pigmentazione del cristallino: gli animali terrestri diurni, come gli scoiattoli di terra  Spermophilus beecheyi,  gli animali molto longevi, come noi umani, e i barreleye. Gli animali diurni hanno spesso bisogno di un filtro giallo per eliminare le lunghezze d’onda piu’corte e piu’ dannose (leggi raggi UV) e per aumentare il contrasto dell’immagine senza fotoni ad alta energia che si disperdono nel fondo dell’occhio rendendo l’immagine meno nitida. Come portare le lenti gialline dei piloti di caccia o degli sciatori, insomma. Gli animali molto longevi invece possono avere nel cristallino una pigmentazione gialla senescente dovuta all’accumulo di sostanze di scarto con l’eta’. Questo porta ad un ingiallimento della lente che col tempo rende l’immagine sempre piu’ scura, il che non e’ bene. Ma si sa che il nostro design e’ intelligente.

Il terzo caso di cristallino colorato e’ quello del barreleye. Il pigmento giallo-verde, luminescente, anche in questo caso taglierebbe via la luce con la lunghezza d’onda piu’ corta. Ma come, direte voi, ma se e’ cosi’ buio intorno al pesce, non sarebbe il caso di cogliere tutti, ma proprio tutti i fotoni presenti anziche’ segarne qualcuno? In linea di massima si, e di fatto questa soluzione non e’ tra le piu’ popolari e non viene adottata, ad esempio, neanche dal cugino Dolichopteryx.

Al nostro pesciolino pero’ non piacciono le cose semplici e ha sviluppato ancora un altro adattamento sorprendente che va a braccetto col cristallino verde. Noi vertebrati terrestri abbiamo nella retina due tipi di pigmenti visivi, la rodopsina nei bastoncelli, rossa e con un picco di assorbimento verso il verde,  che permette di cogliere le forme e la iodopsina nei coni, che consente la visione dei colori. Nelle profondita’ oceaniche dove vive il barreleye i colori non esistono, quindi non serve nessun pigmento per percepirli. Serve invece un pigmento specialmente adattato per individuare sagome al buio ed ecco che anche la rodopsina, comunemente presente negli altri pesci, manca nel Macropinna. Al suo posto c’e’ un pigmento color oro che si chiama crisopsina e ha un picco di assorbimento a 475 nm, ovvero nel blu, mentre la rodopsina assorbe a 510 nm nel verde.

Qual’e’ il vantaggio di questo doppio filtro, crisopsina, piu’ cristallino colorato? Vale la pena di sacrificare fotoni ad alta energia in un posto dove la luce e’ quasi inesistente? Il tutto e’ ancora oggetto di speculazione e ci sono due ipotesi, entrambe molto affascinanti. La prima e’ l'”ipotesi della sensibilita'” di Denton e Warren (1963) in cui si postula che il modo migliore di vedere un corpo scuro contro uno sfondo buio (ad esempio la sagoma di un predatore) e’ cogliere esattamente la lunghezza d’onda dello sfondo perche’ cio’ aumenta il contrasto con la tenue ombra della sagoma dell’altro pesce. Questo avrebbe spostato il picco di assorbimento dal verde al blu. Il cristallino inoltre, tagliando tutte le lunghezze d’onda inferiori a 46o nm, ridurrebbe l’aberrazione cromatica filtrando tutti quei fotoni che per via dell’alta energia tenderebbero a rimbalzare nell’occhio sfuocando l’immagine. L’altra ipotesi (Munz, 1976) sostiene invece che nella “twilight  zone”, come la chiamano gli americani, luce solare non ne arriverebbe affatto e quindi non esiste sagoma scura contro fondo meno scuro. Gli animali presenti pero’ sono quasi tutti bioluminescenti ed emettono, guarda un po’, proprio a 475 nm e il motivo per cui emettono proprio a quella lunghezza d’onda che e’ esattamente la stessa dello sfondo, per cui emettono luce ma visti dal basso verso l’alto sono assolutamente mimetici. Tutto l’ambaradan nell’occhio del Macropinna quindi sarebbe funzionale a mettere in risalto i fotofori delle meduse e dei predatori accentuando la luce da bioluminescenza su quello dello sfondo del “cielo”.

Concentrandoci sugli adattamenti visivi di questo pesce,  abbiamo dimenticato finora un altro adattamento peculiare del barreleye, che addirittura gli da il nome: le grandi pinne. A che gli servono? Complessivamente a mantenere sospeso a mezz’acqua l’animale, come un elicottero appunto, in modo che possa manovrare facilmente tra i tentacoli della medusa o sfuggire, all’occorrenza, ai ricercatori, come dice Bruce Robinson nel filmato.

Alcune referenze:

http://www.biolbull.org/cgi/reprint/175/3/397.pdf

http://www.mbari.org/news/news_releases/2009/barreleye/barreleye.html

http://www.bioone.org/doi/abs/10.1643/CG-07-082

http://www.springerlink.com/content/t0267x242x02u428/fulltext.pdf

http://bjo.bmj.com/cgi/content/extract/85/10/1148

Published by tupaia on maggio 24th, 2009 tagged marini, Pesci, ricerca

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