Sentidos de luz

La visión es utilizada por los animales para determinar el diseño de su entorno, y por lo tanto este sentido es particularmente importante para la locomoción. En animales con ojos que tienen buena resolución, la visión se puede usar para identificar objetos por su apariencia geométrica; sin embargo, esto requiere un cerebro sofisticado del tipo que se encuentra en vertebrados, moluscos cefalópodos como pulpos y artrópodos superiores, como abejas y arañas saltadoras. Toda visión, o fotorrecepción, se basa en fotorreceptores que contienen una molécula especial de detección de luz conocida como rodopsina. La rodopsina detecta la radiación electromagnética-luz con longitudes de onda en el rango de 400-700 nanómetros (1 nm = 10-9 m). Hay algunos animales que pueden detectar la radiación infrarroja (longitudes de onda superiores a 700 nm); por ejemplo, algunas serpientes usan la radiación infrarroja para localizar presas de sangre caliente, y ciertos escarabajos pueden usarla para detectar incendios forestales. Sin embargo, los animales que detectan longitudes de onda en el infrarrojo lo hacen con receptores que detectan calor o expansión mecánica, en lugar de con fotorreceptores.

La molécula de rodopsina de los fotorreceptores consiste en una proteína llamada opsina que se extiende sobre la membrana celular con siete hélices. Estos forman una estructura con una cavidad central que contiene un grupo cromóforo, que en los seres humanos se llama retinal, el aldehído de la vitamina A. Cuando la retina absorbe un fotón de luz, cambia su configuración (de la forma doblada de 11 cis a la forma recta de todo trans), desencadenando una serie de reacciones moleculares que conducen, en unos pocos milisegundos, a un cambio en el flujo de iones a través de la membrana celular. En los vertebrados, la luz provoca el cierre de los canales de sodio, mientras que en la mayoría de los invertebrados, la luz provoca la apertura de los canales de sodio. Una de las funciones de la molécula de opsina es «sintonizar» el grupo cromóforo para responder a un rango particular de longitudes de onda. Por lo tanto, diferentes opsinas con diferentes secuencias de aminoácidos permiten que un organismo tenga receptores con diferentes respuestas espectrales; esta es la base de la visión de color. En los seres humanos, las varillas, que se utilizan para la visión nocturna y son sensibles a fotones individuales, son extremadamente sensibles a la luz azul-verde (496 nm), y las tres clases de conos, que median la visión de color en la luz diurna, son extremadamente sensibles a la luz azul (419 nm), verde (531 nm) y roja (558 nm). En las abejas, que también tienen visión de color, los tres máximos se desplazan hacia longitudes de onda más cortas: ultravioleta (344 nm), azul (436 nm) y verde (556 nm). Los receptores ultravioleta también se encuentran en aves y peces.

Muchos invertebrados tienen la capacidad de ver y analizar la luz polarizada. La polarización surge de la dispersión y reflexión atmosférica en superficies lisas como el agua. En luz polarizada, todos los fotones tienen sus campos eléctricos vibrando en el mismo plano; esto puede ser detectado por fotorreceptores si las moléculas están alineadas apropiadamente. La estructura de microvillus en proyección de los receptores de invertebrados hace esto posible. Muchos insectos usan la polarización para determinar la dirección del Sol cuando el cielo está nublado, y otros la usan para detectar superficies de agua.