Tree shrews combine panoramic vision with an expanded oculomotor repertoire
Questo studio dimostra che i topili, nonostante possiedano occhi posizionati lateralmente, possiedono un repertorio oculomotore espanso, inclusi un controllo dello sguardo preciso guidato dagli occhi e una sovrarappresentazione del campo visivo centrale, provando che la visione panoramica e i movimenti oculari indipendenti sono tratti separabili piuttosto che adattamenti mutuamente esclusivi.
Articolo originale sotto licenza CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Questa è una spiegazione generata dall'IA di un preprint non sottoposto a revisione paritaria. Non è un consiglio medico. Non prendere decisioni sulla salute basandoti su questo contenuto. Leggi il disclaimer completo
La maggior parte dei mammiferi vede il mondo attraverso occhi posizionati ai lati della testa, una configurazione che offre una vista panoramica e ampia per individuare i predatori, ma che rende difficile concentrarsi su un singolo oggetto senza ruotare l'intera testa. Al contrario, i primati e altri animali con occhi frontali hanno occhi rivolti in avanti, che permettono loro di spostare lo sguardo rapidamente e con precisione verso nuovi obiettivi usando solo gli occhi, indipendentemente dai movimenti della testa. Per molto tempo, gli scienziati hanno creduto che questi due tratti fossero legati insieme: se un animale aveva gli occhi rivolti lateralmente, doveva fare affidamento sulla rotazione della testa per guardarsi intorno, sacrificando la capacità di muovere liberamente gli occhi. Questo compromesso sembrava essere una regola fondamentale della natura, in cui un ampio campo visivo comportava il costo di un controllo preciso guidato dagli occhi.
I ricercatori dell'Università Cornell si sono posti l'obiettivo di testare se questa regola fosse davvero infrangibile. Hanno rivolto la loro attenzione allo scinopod (tree shrew), un piccolo mammifero acrobatico che vive sugli alberi e ha gli occhi posizionati ai lati della testa. Sebbene gli scinopodi siano evolutivamente vicini ai primati, la posizione laterale dei loro occhi suggeriva che dovessero seguire le stesse regole rigide di altri animali con occhi laterali come ratti o topi. Gli scienziati volevano sapere se un animale con occhi laterali potesse effettivamente rompere gli schemi e controllare il proprio sguardo con la stessa indipendenza e precisione di un animale con occhi frontali. Per scoprirlo, hanno costruito un sistema per osservare gli occhi degli scinopodi mentre le loro teste rimanevano ferme, misurando ogni minimo movimento per vedere se gli animali riuscivano a guardarsi intorno senza cercare di muovere la testa.
Il team ha scoperto che gli scinopodi non seguono le vecchie regole. Quando le loro teste erano fissate in posizione, gli scinopodi muovevano gli occhi frequentemente e con grande velocità, spostando lo sguardo per guardare diverse parti della stanza. Fondamentalmente, questi movimenti oculari avvenivano senza che gli animali tentassero di muovere la testa. Infatti, quasi il novanta per cento dei movimenti oculari avveniva senza alcun movimento rilevabile della testa. Questo era un netto contrasto con i ratti, che i ricercatori hanno anche testato; i ratti muovevano gli occhi molto raramente quando le loro teste erano ferme e, quando lo facevano, cercavano quasi sempre di muovere la testa insieme ad essi. Gli scinopodi, tuttavia, potevano spostare lo sguardo orizzontalmente e verticalmente, proprio come un primate, dimostrando che avere gli occhi ai lati della testa non costringe un animale a fare affidamento sulla testa per guardarsi intorno.
I ricercatori hanno poi chiesto se questi movimenti oculari fossero semplicemente casuali o se gli animali potessero effettivamente mirare a cose specifiche. Hanno addestrato gli scinopodi a guardare obiettivi visivi che apparivano su uno schermo. Gli animali hanno imparato rapidamente a dirigere gli occhi verso gli obiettivi, compiendo movimenti rapidi e accurati per bloccarli. Ancora più impressionante, gli scinopodi potevano mantenere lo sguardo fisso su un obiettivo per diversi secondi, una capacità nota come fissazione, che è essenziale per vedere i dettagli fini. Questa capacità di spostare lo sguardo rapidamente e di mantenerlo fisso è un tratto distintivo degli animali con occhi frontali, eppure gli scinopodi la ottenevano con occhi chiaramente posizionati per una visione panoramica e ampia.
Per capire come ciò fosse possibile, gli scienziati hanno guardato più a fondo nella biologia dello scinopode. Hanno esaminato la corteccia visiva del cervello, la parte del cervello che elabora ciò che gli occhi vedono. Hanno scoperto che il cervello dello scinopode dedica una quantità sproporzionata di spazio al centro del campo visivo, l'area su cui l'animale si concentra quando guarda un obiettivo. Questo è simile a come sono organizzati i cervelli dei primati, anche se gli scinopodi mancano della specializzata zona centrale nell'occhio che possiedono i primati. Inoltre, il team ha studiato i muscoli che muovono gli occhi. Hanno scoperto che gli scinopodi possiedono un tipo complesso di terminazione nervosa in questi muscoli, chiamata terminazione a palizzata, che si trova tipicamente in animali con un controllo oculare preciso. I ratti, che fanno maggiore affidamento sui movimenti della testa, hanno versioni molto più semplici di queste terminazioni nervose, mentre gli scinopodi hanno le strutture elaborate e dettagliate tipiche delle specie con occhi frontali.
Lo studio suggerisce che il legame tra la posizione degli occhi e il controllo dello sguardo non sia così rigido come si pensava in precedenza. Gli scinopodi sono riusciti a combinare un campo visivo panoramico con il sofisticato controllo oculare indipendente solitamente riservato agli animali con occhi rivolti in avanti. I ricercatori propongono che questa combinazione unica possa essersi evoluta per aiutare questi animali a navigare nel loro complesso mondo tridimensionale di alberi. Quando salta da un ramo all'altro, uno scinopode deve mantenere la testa orientata per l'equilibrio e il movimento, pur dovendo contemporaneamente scansionare il prossimo punto di atterraggio. La capacità di muovere gli occhi indipendentemente dalla testa permette all'animale di ispezionare un obiettivo futuro senza interrompere il movimento del corpo. Questa scoperta rivela che il design di un sistema visivo è più flessibile di quanto precedentemente creduto, mostrando che la natura può mescolare e abbinare le caratteristiche per risolvere specifiche sfide di sopravvivenza.
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