Tetrachromacy

La tetracromocrazia è la condizione di possedere quattro canali indipendenti per trasmettere informazioni sul colore o di possedere quattro tipi di cellule coniche nell’occhio. Gli organismi con tetracromati sono chiamati tetracromatici.

Negli organismi tetracromatici, lo spazio cromatico sensoriale è quadridimensionale, il che significa che per abbinare l’effetto sensoriale degli spettri arbitrariamente scelti della luce all’interno del loro spettro visibile occorrono miscele di almeno quattro colori primari.

La tetracromazia è dimostrata tra diverse specie di uccelli, pesci, anfibi, rettili, insetti e alcuni mammiferi. Era la condizione normale della maggior parte dei mammiferi nel passato; un cambiamento genetico ha fatto perdere alla maggior parte delle specie di questa classe due dei loro quattro coni.

Fisiologia
La normale spiegazione della tetracromazia è che la retina dell’organismo contiene quattro tipi di recettori di luce ad alta intensità (chiamati cellule coniche nei vertebrati rispetto alle cellule di bastoncelli, che sono recettori di luce a bassa intensità) con diversi spettri di assorbimento. Ciò significa che l’animale può vedere lunghezze d’onda oltre a quelle della vista di un tipico essere umano e potrebbe essere in grado di distinguere tra i colori che, per un normale essere umano, sembrano essere identici. Le specie con visione a colori tetracromatica possono avere un vantaggio fisiologico sconosciuto rispetto alle specie rivali.

Esempi
Pesce
Il pesce rosso (Carassius auratus auratus) e il pesce zebra (Danio rerio) sono esempi di tetracromatici, contenenti cellule coniche sensibili alla luce rossa, verde, blu e ultravioletta.

Uccelli
Alcune specie di uccelli, come il fringuello zebrato e il Columbidae, utilizzano la lunghezza d’onda ultravioletta 300-400 nm specifica per la visione del colore tetracromatico come strumento durante la selezione del compagno e il foraggiamento. Quando si selezionano gli accoppiamenti, il piumaggio ultravioletto e la colorazione della pelle mostrano un alto livello di selezione. Un occhio di uccello tipico risponderà a lunghezze d’onda da circa 300 a 700 nm. In termini di frequenza, ciò corrisponde a una banda in prossimità di 430-1000 THz. La maggior parte degli uccelli ha retine con quattro tipi spettrali di cellule coniche che si ritiene medino la visione del colore tetracromatico. La visione dei colori degli uccelli è ulteriormente migliorata dal filtraggio delle goccioline di olio pigmentato che si trovano nei fotorecettori. Le goccioline di olio filtrano la luce incidente prima che raggiunga il pigmento visivo nei segmenti esterni dei fotorecettori.

I quattro tipi di cono e la specializzazione delle goccioline di olio pigmentato offrono agli uccelli una migliore visione dei colori rispetto a quella degli umani. Tuttavia, ricerche più recenti hanno suggerito che la tetracromatica negli uccelli fornisce agli uccelli uno spettro visivo più ampio di quello umano (l’uomo non può vedere la luce ultravioletta, 300-400 nm), mentre la risoluzione spettrale (la “sensibilità” alle sfumature) è simile .

insetti
Gli insetti foraggiatori possono vedere le lunghezze d’onda che i fiori riflettono (vanno da 300 nm a 700 nm). L’impollinazione è una relazione mutualistica, gli insetti foraggiatori e alcune piante hanno coevoluto, sia aumentando la gamma di lunghezze d’onda: nella percezione (impollinatori), nella riflessione e variazione (colori dei fiori). La selezione direzionale ha portato le piante a visualizzare quantità sempre più diverse di variazioni cromatiche che si estendono nella scala dei colori ultravioletti, attirando così livelli più elevati di impollinatori.

mammiferi
Renna
Nelle zone in cui vivono le renne, il sole rimane molto basso nel cielo per lunghi periodi. Ciò significa che la luce è dispersa in modo tale che la maggior parte della luce che raggiunge gli oggetti è blu o UV. Alcune parti dell’ambiente assorbono la luce UV e quindi le renne sensibili ai raggi UV sembrano nere, fortemente in contrasto con la neve. Questi includono l’urina (che indica predatori o concorrenti), i licheni (una fonte di cibo) e la pelliccia (come posseduti da lupi, predatori di renne). Sebbene le renne non posseggano una specifica opsina UV, sono state registrate risposte retiniche a 330 nm, mediate da altre opsine. È stato proposto che i flash UV sulle linee elettriche siano responsabili per le renne che evitano queste strutture perché “… nell’oscurità questi animali [renne] vedono le linee elettriche non come strutture passive, ma piuttosto come linee di luce tremolante che si estendono attraverso il terreno.”

Gli esseri umani
Scimmie, scimmie del Vecchio Mondo e umani normalmente hanno tre tipi di cellule coniche e sono quindi tricromatici. Tuttavia, a basse intensità di luce, le celle di bastoncelli possono contribuire alla visione dei colori, dando una piccola regione di tetracromatica nello spazio cromatico; La sensibilità delle cellule di bastoncelli umani è maggiore in una lunghezza d’onda blu-verde.

Nell’uomo, sul cromosoma X sono presenti due geni del pigmento a cellule cono: i classici geni Opsin di tipo 2 OPN1MW e OPN1MW2. È stato suggerito che le donne (che possiedono due cromosomi X) potrebbero possedere più pigmenti di cellule cono, forse nati come tetracromati completi che hanno quattro tipi di cellule cono simultaneamente funzionanti, ciascun tipo con un modello specifico di risposta a diverse lunghezze d’onda della luce nel gamma dello spettro visibile. Uno studio ha suggerito che il 2-3% delle donne del mondo potrebbe avere il tipo di quarto cono il cui picco di sensibilità è tra i coni rossi e verdi standard, dando, teoricamente, un aumento significativo nella differenziazione dei colori. Un altro studio suggerisce che ben il 50% delle donne e l’8% degli uomini possono avere quattro fotopigmenti e una corrispondente maggiore discriminazione cromatica rispetto ai tricromati. Nel 2010, dopo 20 anni di studio di donne con quattro tipi di coni (tetracromatici non funzionali), il neuroscienziato Dr. Gabriele Jordan ha identificato una donna (soggetto cDa29) in grado di rilevare una maggiore varietà di colori rispetto ai tricromati, corrispondente a un funzionale tetracromat (o vero tetracromat).

La variazione dei geni dei pigmenti a cono è diffusa nella maggior parte delle popolazioni umane, ma la tetracromatica più diffusa e pronunciata deriverebbe da portatrici femminili di importanti anomalie del pigmento rosso / verde, classificate solitamente come forme di “cecità ai colori” (protanomalia o deuteranomalia). La base biologica di questo fenomeno è l’X-inattivazione degli alleli eterozigoti per i geni del pigmento retinico, che è lo stesso meccanismo che dà la maggior parte delle visioni tricromatiche alle scimmie del nuovo mondo.

Negli esseri umani, l’elaborazione visiva preliminare avviene nei neuroni della retina. Non è noto come questi nervi risponderebbero a un nuovo canale di colore, cioè se potrebbero gestirlo separatamente o semplicemente combinarlo con un canale esistente. L’informazione visiva lascia l’occhio attraverso il nervo ottico; non è noto se il nervo ottico abbia la capacità inutilizzata di gestire un nuovo canale di colore. Una varietà di elaborazione finale delle immagini ha luogo nel cervello; non è noto come le varie aree del cervello rispondano se presentate con un nuovo canale di colore.

I topi, che normalmente hanno solo due pigmenti a cono, possono essere progettati per esprimere un terzo pigmento a cono e sembrano dimostrare una maggiore discriminazione cromatica, discutendo contro alcuni di questi ostacoli; tuttavia, anche le affermazioni della pubblicazione originale sulla plasticità nel nervo ottico sono state contestate.

Gli esseri umani non possono vedere direttamente la luce ultravioletta perché la lente dell’occhio blocca più luce nell’intervallo di lunghezze d’onda di 300-400 nm; le lunghezze d’onda più corte sono bloccate dalla cornea. Le cellule fotorecettriche della retina sono sensibili alla luce ultravioletta e le persone prive di una lente (una condizione nota come afachia) vedono vicino alla luce ultravioletta (fino a 300 nm) come blu biancastro, o per alcune lunghezze d’onda, viola biancastro, probabilmente perché tutte tre tipi di coni sono all’incirca ugualmente sensibili alla luce ultravioletta; tuttavia, le celle dei coni blu sono leggermente più sensibili.

La Tetrachromacy può anche migliorare la visione in condizioni di scarsa illuminazione.