Lo sanno in pochi, ma gli occhi umani possono percepire la polarizzazione della luce, e lo fanno meglio di qualunque specie di vertebrati studiata fino ad oggi

VI E’ MAI capitato di notare un alone giallastro in un’area bianca dello schermo del vostro computer? Potreste averlo scambiato per una macchia, ma in realtà di tratta di un fenomeno ottico noto come Haidinger’s brush (o spazzola di Haidinger), che rivela una sorprendente capacità del nostro sistema visivo: quella di percepire la polarizzazione della luce. Una sorta di senso aggiuntivo, o super senso, di cui la maggior parte di noi è completamente inconsapevole, e di cui la stessa scienza sa ancora poco.

A colmare queste lacune arriva oggi uno studio della Bristol’s School of Biological Sciences, che ha sfruttato proprio il fenomeno dell’Haidinger’s brush Per valutare con precisione mai raggiunta la capacità degli occhi umani di percepire la luce polarizzata. I risultati, pubblicati sui Proceedings of the Royal Society B, rivelano una situazione sorprendente: la vista umana percepisce infatti la luce polarizzata meglio di qualunque altra specie di vertebrati mai analizzato fino ad oggi, compresi animali, come gli uccelli migratori, che si suppone la sfruttino per orientarsi nel corso dei loro viaggi.

Per capire di cosa stiamo parlando, bisogna ricordare che oltre ad ampiezza e lunghezza d’onda (collegate rispettivamente all’intensità e al colore della radiazione elettromagnetica) la luce possiede anche una terza caratteristica: la polarizzazione, che descrive la direzione in cui oscillano le onde luminose. “Immaginate una corda che rappresenti un raggio di luce che viaggia nello spazio”, spiega Shelby Temple, uno dei ricercatori della Bristol’s School of Biological Sciences che hanno partecipato allo studio. “Se muovete la corda da destra verso sinistra, l’onda luminosa che otterrete sarà polarizzata orizzontalmente, mentre se la scuotete dal basso verso l’altro, otterrete un’onda polarizzata verticalmente”.

Normalmente, la luce che colpisce i nostri occhi è un misto di polarità differenti, ma in particolari condizioni può capitare che un’alta percentuale dei raggi luminosi che osservate stia viaggiando con lo stesso orientamento, e la luce in quel caso viene definita “fortemente polarizzata”. Può succedere ad esempio osservando immagini riflesse sul vetro o su uno specchio d’acqua, o guardando il cielo limpido con un angolo di circa 90 gradi rispetto alla posizione del sole, ma si tratta di fenomeni estremamente rari in natura. In questi casi comunque quello che percepisce l’osservatore è l’Haidinger’s brush, che appare come una doppia macchia giallastra perpendicolare all’orientamento della polarizzazione (la luce sarà polarizzata verticalmente in caso di macchia orizzontale, e vice versa).

Nel regno animale sono molte le specie, come api, polpi e seppie ad esempio, in grado di percepire la polarizzazione della luce, e di sfruttare questa capacità per orientarsi o viaggiare in mancanza di riferimenti visivi. Se questi esempi si conoscono ormai piuttosto bene, studiare la percezione della luce polarizzata nell’essere umano fino ad oggi era risultato invece estremamente complicato, perché l’Haidinger’s brush in caso di fenomeni naturali dura solitamente pochi secondi: troppo poco per analizzarne l’accuratezza. Per superare il problema i ricercatori inglesi hanno sfruttato una nuova opportunità offerta oggi dalla tecnologia: gli schermi Lcd, che funzionano proprio grazie alla luce polarizzata, e permettono dunque di mantenere visibile l’Haidinger’s brush per un tempo indefinito.

Utilizzando speciali filtri ideati per modulare la quantità di luce polarizzata che viene osservata (facendola variare tra 0 e 100 percento), i ricercatori hanno studiato su 24 volontari quale percentuale della luce osservata deve risultare polarizzata perché ci appaiono le macchie dell’Haidinger’s brush. In media, i partecipanti hanno percepito le macchie fino a quando la luce polarizzata costituiva almeno il 56 percento del totale, ma per alcuni è risultata sufficiente anche una polarizzazione inferiore al 25 percento del totale. Risultati inferiori a quelli di animali come le seppie o le api, ma comunque comunque i migliori mai registrati tra tutte le specie di vertebrati analizzate fino ad oggi.

Oltre a fornire nuove informazioni su una capacità poco conosciuta della nostra specie, i ricercatori ritengono che lo studio potrebbe avere in futuro anche importanti applicazioni pratiche. La possibilità di vedere le Haidinger’s brush nasce infatti dall’organizzazione e la densità di particolari sostanze, chiamate pigmenti carotenoidi, contenute all’interno della macula, un’area che protegge la zona centrale della retina. Una scarsa quantità di questi pigmenti nella macula è associata al rischio di sviluppare la degenerazione maculare senile, una grave patologia che rappresenta la principale causa di cecità nei paesi sviluppati. Per questo, gli autori dello studio stanno valutando la possibilità di utilizzare il loro metodo per sviluppare uno strumento con cui individuare gli individui con pochi pigmenti carotenoidi, riconoscibili dalla scarsa capacità di percepire la luce polarizzata, potenzialmente ad alto rischio di sviluppare degenerazione maculare.

APPROFONDIMENTO:

Anche gli animali hanno la “super vista”

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Spostarsi per centinaia, migliaia di chilometri seguendo una rotta precisa non è facile, se non si hanno a disposizione bussole, cartine geografiche o un gps. Eppure gli animali lo fanno da milioni di anni, aiutati da speciali meccanismi sensoriali che li aiutano ad orientarsi istintivamente seguendo indizi impalpabili, come il campo magnetico terrestre, o appunto la polarizzazione della luce. Come ha dimostrato uno studio apparso su Science nel 2006, molte specie di passeriformi (come i Savannah sparrow, o Passerculus sandwichensis, nel continente americano) utilizzano ad esempio i pattern di polarizzazione presenti nel cielo al tramonto e all’alba per trovare la direzione in cui dirigersi nel corso della giornata (o della nottata) di viaggio. (credits: Cephas/Wikipedia)

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Anche molti insetti, come libellule, locuste, coleotteri, farfalle e falene, compiono spostamenti stagionali che possono raggiungere anche centinaia di chilometri. A guidarli nel viaggio è solitamente la posizione del sole, ma in giornate nuvolose, quando l’astro non è visibile, molte specie possono utilizzare come compasso anche la polarizzazione della luce.

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Tra gli insetti più noti che utilizzano la luce polarizzata ci sono le api. Come scoprì negli anni ’50 Karl von Frisch, attraverso le loro danze le api possono comunicare alle compagne dove trovare una ricca fonte di polline, indicandone la distanza ma soprattutto la posizione relativamente al Sole, che individuano appunto attraverso i pattern di polarizzazione presenti nel cielo.

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Una delle famiglie in cui la visione della polarizzazione della luce risulta più sviluppata sono i cefalopodi. Tra i più famosi, i polpi, in cui si suppone che questa capacità sia utilizzata per l’orientamento, per l’individuazione delle prede e probabilmente anche per comunicare tra esemplari attraverso i mutamenti di colorazione della pelle.

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Anche i calamari sono in grado di captare facilmente la polarizzazione della luce. La loro pelle inoltre è in grado di mutare indipendente il colore e i pattern di luce polarizzata che riflette, una capacità che potrebbe consentire a questi animali di comunicare tra loro attraverso le variazioni della pelle, rimanendo perfettamente mimetizzati agli occhi delle possibili prede.

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Molti pesci, sia marini che di acqua dolce, possono percepire la polarizzazione della luce. Per molte specie, come dimostrato da uno studio svolto sulle trote arcobaleno (Oncorhynchus mykiss), la capacità è fondamentale per individuare con velocità e precisione le loro prede.

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Se molti predatori marini usano la luce polarizzata per cacciare, le loro prede hanno imparato a sfruttarla per farla franca. Il Selene vomer (in inlgese Lookdown), un pesce argenteo che abita le acque del continente americano, ha evoluto ad esempio la capacità di modulare la riflessione della luce polarizzata delle sue scaglie, per confondersi con l’ambiente circostante nella luce dell’alba e del tramonto, e diminuire le possibilità di essere catturato.

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I pipistrelli sono famosi per i loro sonar, con cui navigano sicuri nel buio della notte. Per ritrovare la strada di casa al termine di una nottata di caccia gli ultrasuoni non sono però sufficienti, e per questo i pipistrelli (unico esempio noto tra i mammiferi) sfruttano la luce polarizzata nel cielo che albeggia per orientarsi.

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