Perché i polpi cambiano colore? Visita il polpo all’Acquario di Genova

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PERCHE UN POLPO SI CAMUFFA?

Il camuffamento è un’abilità importante condivisa da quasi tutti i cefalopodi – un gruppo di invertebrati marini che include anche calamari e seppie. Ma le caratteristiche dei  polpi lo portano a un altro livello. Questi animali hanno i modelli di risoluzione più alta di qualsiasi cefalopode e mostrano alcune delle transizioni di colore più rapide in tutto il regno animale. (Esistono circa 300 specie di polpo nell’ordine di polpoda. In questo articolo, il termine “polpi” viene utilizzato per descrivere le tendenze generali in tutto il gruppo, ma non tutte le specie sono in grado di cambiare colore e i meccanici mimetizzanti che usano possono variare . La padronanza del mimetica dei polpi  ha sconcertato i ricercatori dall’inizio della scienza stessa.  Ma anche se il mimetico polpo “è stato studiato e osservato per secoli, non sono stati fatti molti sviluppi” fino a poco tempo fa. Ecco perché: il cambiamento del colore nei cefalopodi è un processo complesso che coinvolge molti componenti microscopici diversi.

Questo rende “quasi impossibile” rispondere esattamente a come funziona.   Tuttavia, negli ultimi decenni, la tecnologia all’avanguardia ha permesso ai ricercatori di “prendere in giro” i singoli componenti del camuffamento del cefalopode e ora stanno iniziando a capire come funzionano veramente. Cosa fa cambiare colore di un polpo? I polpi possono spostare le tonalità perché hanno cromatofori: piccoli organi che cambiano il colore che sono punteggiati su una pelle di un polpo.

L’IMPORTANZA DEI CROMATOFORI 

Al centro di ogni cromatoforo ci sono minuscole sacche piene di nanoparticelle di un pigmento chiamato xanthommatin. Le sacche di pigmenti sono circondate da una matrice elastica che, a sua volta, collegata alle cellule muscolari che circondano il sacco a forma di stella appuntita. Man mano che queste cellule muscolari si contraggono, il sacco del pigmento si estende, che consente a più luce di entrare nella cellula e riflettere le particelle di xantimatina. Poiché la xanthommatina assorbe alcune lunghezze d’onda o colori di luce visibile, la luce che riflette di nuovo dal cromatoforo è di colore diverso rispetto alla luce che è entrata per la prima volta nella cella. Esistono tre strati di cromatofori nella pelle di un polpo e ogni strato ha particelle di xantommatina che riflettono una schiena di un colore diverso. Lo strato superiore produce un colore giallo, lo strato centrale riflette un colore rosso e lo strato inferiore produce un colore marrone, ha detto Deravi. I polpi possono combinare questi colori cambiando la forma dei cromatofori in ogni strato, che consente ai cefalopodi di creare una vasta gamma di tonalità. Ogni singolo cromatoforo, di cui possono esserci decine di migliaia o addirittura milioni a seconda delle dimensioni della specie, è controllato con segnali neurali diretti dal cervello del polpo che provoca i muscoli che circondano il sacco per contrarre o rilassarsi, cambiando la sua forma. “È proprio come flettere i bicipiti, i segnali cerebrali per flettere e si flette”. “Con i cromatofori, il cervello del polpo segnala di attirare questi muscoli per aprire queste sacche”, che quindi cambia il colore della pelle.

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GLI IRIDIFORI E I LEUCOFORI

I cromatofori non sono le uniche strutture coinvolte nella festa che cambia il colore. Ulteriori organi, noti come iridofori e leucofori, nella pelle di alcune specie di polpo possono aiutare a migliorare o alterare i colori che producono. Gli iridofori sono leggermente più grandi dei cromatofori e aiutano a creare i polpi con colori luminescenti e metallici minerali. Gli Iridofori contengono una proteina chiamata Reflectin, che si accumula all’interno degli Iridofori per creare un effetto simile a uno specchio, secondo uno studio del 2018 pubblicato sulla rivista IOP Science (Apre in New Tab). I leucofori hanno dimensioni simili ai cromatofori ma hanno pigmenti bianchi specializzati invece di xantommatina, che sparpagliano o si riferiscono alla luce e aiutano a controllare il contrasto e la luminosità dei colori, ha detto Deravi. Sia l’iridoforo che i leucofori sono ampliati e contratti dai segnali neurali del cervello, proprio come lo sono i cromatofori. Un polpo blu nuota in acqua Gli iridofori aiutano i polpi a produrre tonalità blu e viola iridescenti. (Credito immagine: Shutterstock) (Apre nella nuova scheda) Correlati: di che colore erano i dinosauri? I polpi possiedono anche macchinari nella loro pelle che li aiutano a cambiare la loro consistenza, il che aggiunge un altro livello al camuffamento. Hanno piccoli dossi chiamati papille che possono essere rilassati, rendendo la pelle liscia come le alghe o contratta, rendendo la pelle grumosa e ruvida come una roccia. Le papille sono anche controllate da segnali neurali del cervello, ma questo processo di cambiamento della trama è ancora meno compreso del cambiamento di colore, ha detto Deravi.

Cosa rende i polpi così bravi a cambiare colore?

Molti animali si affidano al camuffamento, ma i polpi sono in una lega a sé stante, in gran parte a causa della velocità e dell’accuratezza con cui possono passare da colori molto diversi. “È una frazione di secondo”, ha detto Deravi. “Le transizioni più veloci sono inferiori a 100 millisecondi (0,1 secondi), che è più veloce di un battito di ciglia.” Al contrario, possono essere necessari Chamaleon da diversi secondi a più di un minuto per cambiare completamente il colore. Vedi altro I polpi possono apportare cambiamenti di colore così rapidi perché “il loro cervello è profondamente interconnesso con la superficie della pelle”, ha detto Deravi. “Hanno questi meccanismi di segnalazione molto rapidi per essere in grado di dire” Accendi qui “e” Spegni lì “in tutto il loro corpo.” Il motivo principale di questa interconnessione tra cervello e pelle è che, a differenza della maggior parte dei cervelli animali, i cervelli di polpo non sono confinati in una singola regione (cioè la testa). Oltre ai loro cervelli a forma di ciambella, i polpi hanno “tasche cerebrali” o nodi, su tutti i loro corpi e su tutta le braccia, ha detto Deravi. I ricercatori credono che ciò consenta alle singole braccia di polpo di avere una propria mente, che potrebbe svolgere un ruolo nel cambiamento del colore. “Tuttavia, cercare di capire come funziona è un’intera altra area di ricerca”, ha aggiunto.

I cervelli di polpo non sono solo limitati al loro cervello a forma di ciambella, ma anche attraverso le braccia.

I polpi hanno anche più cromatofori di calamari e seppie per pollice quadrato di pelle, ha detto Deravi, il che li aiuta a creare modelli a risoluzione super-alta rispetto ad altri cefalopodi. Tuttavia, c’è ancora un grande mistero irrisolto che circonda il camuffamento del cefalopode: come sono così bravi a abbinare il colore della pelle a ciò che li circonda. Nonostante la loro capacità di creare un’ampia varietà di colori diversi, la maggior parte dei polpi e di altri cefalopodi sono in realtà ciechi dal colore: gli occhi di polpo hanno solo un tipo di fotorecettore, le cellule convertono la luce in segnali neurali, il che significa che possono solo rilevare differenze nella luce Intensità, secondo un documento di revisione pubblicato 2020 sulla rivista Frontiers in Fisiologia . (Gli occhi umani hanno quattro tipi di fotorecettori.) Una potenziale spiegazione è che gli occhi di polpo sono in grado di vedere il colore senza fotorecettori. Uno studio del 2016 pubblicato sulla rivista Biofisica e Biologia computazionale  ha ipotizzato che ci siano ulteriori tipi di recettori negli occhi di polpo che non ci sono familiari che potrebbero consentire ai cefalopodi di vedere i colori in modo diverso rispetto agli umani e ad altri animali.

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NUOVE TEORIE SOSTENGONO CHE I RICETTORI DELLA LUCE NELLA PELLE AIUTINO I POLPI AD ABBINARE I COLORI CHE LI CIRCONDANO

Precedenti studi hanno dimostrato che i bracci di polpo possono reagire ai cambiamenti dell’intensità della luce quando i polpi non possono vedere. Tuttavia, non ci sono ancora prove che questo li aiuti a vedere i colori. Una foto di una testa di polpo, che mostra i suoi due occhi gialli. I polpi e la maggior parte degli altri cefalopodi sono in realtà ciechi perché i loro occhi hanno solo un tipo di fotorecettore. Comprendere di più su come i polpi cambiano il colore è estremamente impegnativo perché i ricercatori non sono autorizzati a sperimentare i cefalopodi mentre sono vivi a causa della loro intelligenza, ha detto Deravi. (I polpi sono considerati intelligenti perché possono risolvere problemi complessi, utilizzare strumenti e sentire dolore (si apre nella nuova scheda).) Nel Regno Unito, è stato proposto che polpi e calamari debbano essere elencati come esseri senzienti.  Ma perché hanno bisogno di mimetizzarsi? Gli scienziati hanno una comprensione più ampia  del perché questi fantastici animali cambiano colore. “I polpi non hanno una protezione esterna”, sostiene  Jennifer Mather, psicologo dell’Università di Lethbridge in Canada, specializzato in comportamento al cefalopode. Per un predatore, un polpo è un “pacchetto di proteine non protetto”, il che significa che “fondamentalmente tutti nell’oceano sono fuori per ottenerli”. Per evolversi è probabile che  il polpo non avesse scelta”. “Senza protezione fisica, ha dovuto creare modi per non essere visto.” Alcuni polpi hanno sviluppato altri modi di nascondersi. Ad esempio, i polpi di vetro sfuggenti hanno perso tutti i loro cromatofori e diventano quasi completamente trasparenti. Tuttavia, per le specie che si basano sul cambiamento del colore, l’adattamento della loro tonalità è un’abilità intrinseca che è disponibile per loro dal momento in cui sono nate. Ci sono altri usi anche per il camuffamento, come la caccia. “Tendiamo a pensarlo come un’abilità difensiva e penso che sia più importante come difesa”, ha detto Mather. “Ma ciò non significa che non sia utile sgattaiolare su qualcosa.”

LE TRANSIZIONI DI COLORI NEI POLPI

Oltre a rimanere inosservati dalle loro prede, i polpi possono anche usare display sorprendenti, dove rompono il camuffamento e stordito le loro prede .Ci riescono attraverso delle  drastiche transizioni di colore a fuoco rapido prima di intrappolarli rapidamente, ha detto Mather. I calamari e le seppie usano display di colore sulla loro pelle per comunicare tra individui. Anche alcune specie di polpo lo fanno – possono produrre bande di colore solido per attrarre compagni o mettere in guardia i rivali durante la riproduzione – ma questo è molto più semplice delle visualizzazioni di comunicazione in altri cefalopodi. Tuttavia, i polpi tendono ad essere animali  asociali e interagiscono raramente con altri polpi, quindi hanno meno bisogno di comunicare tra loro. Detto questo, i polpi a volte usano i loro colori per comunicare con altri animali. Ad esempio, i polpi azzurri-quattro specie di polpi piccoli ma estremamente velenosi-producono anelli luminescenti luminosi per avvertire gli animali di stare lontano da loro per evitare di essere avvelenati. Secondo uno studio del 2019 pubblicato sulla rivista Molluscan Research. Ad esempio i polpi azzurri creano anelli blu iridescenti per avvertire altri animali della loro pelle estremamente velenosa. Nel 2019, gli scienziati hanno catturato filmati di un polpo chiamato Heidi che cambia colori nel sonno  che ha scatenato la speculazione che i polpi possono anche cambiare colore quando sognano. I ricercatori hanno identificato cicli di sonno simili a umani negli polpi, ma non tutti i ricercatori sono convinti che i cambiamenti di colore possano sicuramente essere etichettati come sogni. “È abbastanza male cercare di capire come le persone sognano”, ha detto Mather. “È assolutamente impossibile capire come sognano i polpi.”  Sebbene il camuffamento sia un’abilità innata per la maggior parte dei polpi, i ricercatori sospettano che sia qualcosa in cui ottengono molto meglio per tutta la vita, che normalmente è intorno a uno o due anni. “Penso che migliorino quando invecchiano”, ha detto Mather. “Sono abbastanza bravi quando sono giovani, ma penso che migliorino le sfumature quando invecchiano.” Imparano anche a combinare il colore che cambia con altri comportamenti, come nascondersi nelle fessure o cambiare la forma del corpo, nel tempo.

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