Questo pesce non vede solo con gli occhi, ma anche con la pelle

Pesce comune nell’Oceano Atlantico occidentale, dalla Carolina del Nord al Brasile, il pesce porco è noto per la sua pelle che cambia colore. La specie può trasformarsi da bianca a screziata a bruno-rossastra in pochi millisecondi per mimetizzarsi con coralli, sabbia o rocce.

Tuttavia Schweikert rimase sorpreso perché questo pesce porco aveva continuato a mimetizzarsi anche se non era più vivo. Il che l’ha portata a chiedersi: i pesci porco possono rilevare la luce usando solo la pelle, indipendentemente dagli occhi e dal cervello?

“Questo mi ha aperto tutto questo campo”, ha detto Schweikert.

Negli anni successivi, Schweikert iniziò a ricercare sulla fisiologia della “visione cutanea” come ricercatore post-dottorato presso la Duke University e la Florida International University.

Nel 2018, Schweikert e il biologo della Duke Sönke Johnsen hanno pubblicato uno studio che mostra che i hogfish portano un gene per una proteina sensibile alla luce chiamata opsina che viene attivata nella loro pelle e che questo gene è diverso dai geni dell’opsina trovati nei loro occhi.

È stato scoperto che anche altri animali che cambiano colore, dai polpi ai gechi, producono opsine sensibili alla luce nella loro pelle. Ma non è chiaro come li utilizzino esattamente per cambiare colore.

“Quando l’abbiamo trovato nel hogfish, ho guardato Sönke e ho detto: perché avere un rilevatore di luce nella pelle?” ha detto Schweikert, ora assistente professore presso l’Università della Carolina del Nord Wilmington.

Un’ipotesi è che la pelle sensibile alla luce aiuti gli animali a osservare l’ambiente circostante. Ma nuove scoperte suggeriscono un’altra possibilità: “che potrebbero usarlo per vedere se stessi”, ha detto Schweikert.

In uno studio apparso il 22 agosto sulla rivista Comunicazioni sulla naturaSchweikert, Johnsen e colleghi si sono uniti per dare un’occhiata più da vicino alla pelle del hogfish.

I ricercatori hanno prelevato pezzi di pelle da diverse parti del corpo del pesce e li hanno fotografati al microscopio.

Da vicino, la pelle di un maiale sembra un dipinto puntinista. Ogni punto di colore è una cellula specializzata chiamata cromatoforo contenente granuli di pigmento che possono essere rossi, gialli o neri.

È il movimento di questi granuli di pigmento che cambia il colore della pelle. Quando i granuli si diffondono nella cellula, il colore appare più scuro. Quando si raggruppano in un minuscolo punto difficile da vedere, la cellula diventa più trasparente.

Successivamente, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica chiamata immunomarcatura per localizzare le proteine ​​opsina all’interno della pelle. Hanno scoperto che nel hogfish le opsine non vengono prodotte nelle cellule dei cromatofori che cambiano colore. Invece, le opsine risiedono in altre cellule direttamente sotto di loro.

Le immagini scattate con un microscopio elettronico a trasmissione hanno rivelato un tipo di cellula precedentemente sconosciuta, appena sotto i cromatofori, ricca di proteina opsina.

Ciò significa che la luce che colpisce la pelle deve passare attraverso i cromatofori pieni di pigmenti prima di raggiungere lo strato sensibile alla luce, ha detto Schweikert.

I ricercatori stimano che le molecole di opsina nella pelle del hogfish siano più sensibili alla luce blu. Questa è la lunghezza d’onda della luce che i granuli di pigmento nei cromatofori dei pesci assorbono meglio.

I risultati suggeriscono che le opsine sensibili alla luce dei pesci agiscono in qualche modo come una pellicola Polaroid interna, catturando i cambiamenti nella luce che è in grado di filtrare attraverso le cellule piene di pigmento sovrastanti mentre i granuli di pigmento si accumulano o si aprono a ventaglio.

“Gli animali possono letteralmente scattare una foto della propria pelle dall’interno”, ha detto Johnsen. “In un certo senso possono dire all’animale come appare la sua pelle, dal momento che non può davvero chinarsi per guardare.”

“Giusto per essere chiari, non stiamo sostenendo che la pelle del hogfish funzioni come un occhio”, ha aggiunto Schweikert. Gli occhi non si limitano a rilevare la luce: formano immagini. “Non abbiamo alcuna prova che suggerisca che questo sia ciò che sta accadendo nella loro pelle”, ha detto Schweikert.

Piuttosto, è un meccanismo di feedback sensoriale che consente al hogfish di monitorare la propria pelle mentre cambia colore e di adattarla a ciò che vede con i suoi occhi.

“Sembra che stiano osservando il proprio cambiamento di colore”, ha detto Schweikert.

I ricercatori affermano che il lavoro è importante perché potrebbe aprire la strada a nuove tecniche di feedback sensoriale per dispositivi come arti robotici e auto a guida autonoma che devono ottimizzare le loro prestazioni senza fare affidamento esclusivamente sulla vista o sui feed della telecamera.

“Il feedback sensoriale è uno dei trucchi che la tecnologia sta ancora cercando di capire”, ha detto Johnsen. “Questo studio è una bella analisi di un nuovo sistema di feedback sensoriale.”

“Se non avessi uno specchio e non potessi piegare il collo, come faresti a sapere se sei vestito in modo appropriato?” Schweikert ha detto. “Per noi potrebbe non avere importanza”, ha aggiunto. Ma per le creature che usano la loro capacità di cambiare colore per nascondersi dai predatori, avvertire i rivali o corteggiare i compagni, “potrebbe essere la vita o la morte”.

Lo studio è stato scritto in collaborazione da ricercatori del Florida Institute of Technology, della Florida International University e dell’Air Force Research Laboratory. Il sostegno finanziario è arrivato dalla Duke University, dalla Florida International University, dal Marine Biological Laboratory e dalla National Science Foundation (1556059).