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El diseñador poco inteligente II: Tragaluces

28 septiembre, 2010

El ojo humano es una de las estructuras que más frecuentemente encontramos como ejemplo de órgano perfectamente diseñado, siendo capaz de realizar una función a todas luces impresionante: interpretar los fotones que alcanzan la retina para formar imágenes definidas. Al ser un órgano par, la visión estereoscópica de la que nos dota permite que nuestro cerebro componga una representación tridimensional, gracias a las pequeñas diferencias entre lo recibido por el ojo derecho y por el izquierdo. Esto nos permite apreciar la profundidad y calcular con bastante precisión la situación de los objetos sobre el terreno.

¿Representa el ojo humano una estructura tan perfecta como parece? o, dicho de otro modo: si encargáramos a un brillante ingeniero el diseño de un aparato similar, ¿adoptaría las mismas soluciones?.

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Un fotorreceptor altamente especializado

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El ojo humano es un órgano de forma aproximadamente esférica formado por tres capas: esclerótica, úvea y retina, junto con tres cavidades internas.

La esclerótica representa la capa más externa, y es la que da forma al globo ocular. Con una función protectora y estructural, representa “el blanco de los ojos”, si bien se vuelve transparente en la región anterior constituyendo la córnea, que puede ser atravesada por la luz y que cubre el iris (parte coloreada del ojo) y la pupila (el círculo negro central que es el orificio por el que penetra la luz).

Por debajo de la esclerótica aparece otra capa: la úvea. Ésta conforma el iris en su parte anterior (lo que da el característico color de los ojos) y que es capaz de variar de tamaño en función de la cantidad de luz presente, aumentando o disminuyendo el diámetro del orificio central o pupila.

Corte sagital de un ojo humano

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La tercera capa, la más interna, es la retina o capa fotosensible del ojo. Esta sensibilidad se debe a una serie de células fotorreceptoras que la tapizan: los conos y los bastones. El interior de la cámara esférica formada por estas tres capas está llena de líquido (humor acuoso y humor vítreo), separados por una estructura en forma de lente, el cristalino, que puede deformarse mediante músculos asociados para enfocar la imagen recibida.

Una serie de músculos producen el movimiento del globo ocular tanto para orientar la vista (musculatura extrínseca de movimiento voluntario) como la apertura y cierre del iris para regular la luz entrante y la deformación del cristalino para enfocar a distintas distancias (musculatura intrínseca de movimiento involuntario).

La formación de la imagen y, por lo tanto, la visión propiamente dicha se consigue de una forma similar a las cámaras fotográficas convencionales: la luz incidente atraviesa la córnea y penetra al interior a través de la pupila, tras la cual el cristalino enfoca los rayos de luz contra la retina.

Formación de la imagen en el ojo humano

Formación de la imagen en la retina

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La retina: capa fotosensible

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Si bien todas las estructuras y mecanismos descritos resultan sorprendentemente efectivos, es la retina la que finalmente se encarga del proceso más especializado de la visión: traducir la luz recibida en impulsos nerviosos que sean interpretables por nuestro cerebro, responsable final de componer la imagen que percibimos.

Como decíamos más arriba, la retina es la capa más interna del globo ocular, en contacto con el humor vítreo y más sensible cuanto más hacia el fondo del ojo nos situamos. Está constituida por una gran cantidad de fotorreceptores, células sensibles a la luz, que son de dos tipos principales: conos y bastones.

En los humanos, los conos se dividen a su vez en tres tipos sensibles a diferentes longitudes de onda (verde, rojo y azul), lo que permite que el cerebro pueda interpretar los colores en función del grado de excitación de cada uno de los tres tipos de conos. En la región central de la retina conocida como fóvea, la concentración de conos es sensiblemente más alta, lo que la convierte en la zona de mayor agudeza visual.

Los bastones, por el contrario, no son capaces de discriminar colores, pero presentan una gran sensibilidad a la luz y son responsables de que podamos ver aún en condiciones de muy baja iluminación. Debido a ello, “de noche todos los gatos son pardos”, dado que en condiciones con poca  luz los bastones permiten formar imágenes, pero sin información sobre el color de la escena. Los bastones no están presentes en la fóvea.

Por encima de la capa de conos y bastones, aparecen una gran cantidad de neuronas que se conectan con éstos y que transmitiran la excitación hacia el nervio óptico a traves de numerosas fibras nerviosas.

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Primera chapuza: me doy la vuelta para no verte

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Sin duda alguna, la estructura y funcionamiento del ojo humano (muy similar al del resto de vertebrados), resulta fascinante por la forma en que diversas estructuras de distinta naturaleza se coordinan para conseguir formar una visión tridimensional del mundo que nos rodea, a partir simplemente de los fotones reflejados por los distintos componentes del mismo.

Ante esto, no resulta extraño que podamos llegar a pensar en que es imposible alcanzar  tal prodigio mediante un proceso ciego (valga la ocasión), sin una planificación y dirección inteligentemente definidas. Sin embargo, como cualquier buen detective, no podemos dejarnos obnubilar por la escena general, y deberemos prestar especial atención a los pequeños detalles para percatarnos de la naturaleza real de lo que está ocurriendo.

Sería demasiado extenso entrar en detalle en todas las estructuras implicadas en la visión, por lo que vamos a centrarnos únicamente en una de ellas: la retina. Empecemos con un dibujo que muestra la ultraestructura de la misma, así como la forma en la que la luz incide sobre ella:

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¿No nota el lector algo extraño? Veamos la misma zona en una fotografía real a cuarenta aumentos:

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Efectivamente, ¡la retina está al revés!. No se trata de un error de las figuras, realmente la retina de los vertebrados presenta la capa fotosensible en la cara contraria a la que incide la luz, por lo que ésta debe atravesar inútilmente las fibras del nervio óptico, numerosos capilares sanguíneos y varias capas de neuronas para alcanzar las células fotorreceptoras. Cualquier diseño mínimamente meditado habría dispuesto estas capas al revés, con la zona sensible directamente expuesta a la luz y las neuronas y nervio óptico debajo, tal y como ocurre por ejemplo en el ojo de los cefalópodos.

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Segunda chapuza: ¡apártate que no veo!

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Como consecuencia directa de la descabellada estructura anterior, cuando las fibras del nervio óptico se reunen para dirigirse hacia el cerebro se encuentran con un gran problema: están situadas en el lado equivocado de la retina, por lo que el nervio se ve obligado a atravesar todo el espesor de ésta (incluyendo la capa de conos y bastones) en su camino hacia en cerebro. El propio nervio y el orificio por el que penetra representan una zona carente de fotorreceptores, lo que provoca que nuestros ojos tengan un punto ciego, siendo incapaces de ver lo que se sitúa en esta región.

Comprobar experimentalmente en casa este defecto es muy sencillo, basta con una simple imagen como la que se muestra a continuación. Cerrando el ojo derecho, deberéis situar el izquierdo a la altura del punto más grande, y a unos 20 cm de distancia de éste. A continuación, id echando la cabeza hacia atrás, manteniendo la vista fija en el punto grande y en línea con él. En un momento dado, el punto pequeño desaparecerá, para volver a aparecer cuando retrocedamos todavía un poco más.

punto ciego

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Los cefalópodos también carecen de punto ciego, debido a que el nervio óptico no tiene que atravesar la retina para alcanzar el cerebro, al formarse en la parte posterior. Sin embargo, en otros aspectos el ojo de los vertebrados es más eficiente que el de los cefalópodos, por lo que difícilmente podríamos calificar a uno de ellos como mejor que el otro de forma absoluta.

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El origen de la chapuza: nadie lo pensó antes

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El motivo por el que los vertebrados tenemos la retina al revés no tiene ninguna justificación con respecto a la utilidad o funcionamiento de la misma. La única razón es que el nuestros ojos se desarrollan a partir de evaginaciones del cerebro anterior del embrión en desarrollo (prosencéfalo), lo que junto a las transformaciones posteriores deja a la retina en posición invertida. Por el contrario, los cefalópodos forman sus ojos a partir de una invaginación de la piel del embrión, y su retina queda orientada al revés que la nuestra.

Por ello, los ojos de los vertebrados y de los cefalópodos son órganos análogos, pero no homólogos, porque cumplen la misma función de forma similar,  pero tienen diferente origen evolutivo.

Y esto es lo que ocurre cuando no se piensan las cosas: la evolución va utilizando las soluciones y las estructuras que tiene disponibles en cada momento, independientemente de que sean mejores o peores con relación a un estándar teórico. Se emplea lo que existe, y se modifica como se puede: lo que importa es que funcione mejor que antes y no el que lo haga de la mejor forma posible.  Si las alteraciones y variaciones que suceden a lo largo de la evolución no estuvieran carentes de una planificación, difícilmente cabría esperar ojos invertidos con puntos ciegos.

En otro momento hablaremos de porqué en la retina las imágenes se forman boca abajo, porqué los nervios ópticos se cruzan entre sí antes de alcanzar el cerebro, porqué ve mejor un niño que un adulto o cómo es posible que por un golpe se nos desprenda la retina. Estas otras chapucillas las dejamos para más adelante.

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  1. 28 septiembre, 2010 en 6:12

    Sencillamente genial esta explicación, he investigado bastante sobre la estructura del ojo y el por qué del punto ciego pero siempre se me pasó el pequeño detalle de la retina “al revés”.

  2. 28 septiembre, 2010 en 6:47

    Duré como diez minutos haciendo el ejercicio de los puntos. Quedé muy sorprendido por ese ejemplo tan sencillo que ilustra un punto. Además, un bobo se entretiene con cualquier cosa cuando no tiene nada que hacer… 😀

    Por otro lado, J.M., seguramente estarás al tanto de que todas esas explicaciones que das y que derrumban la idea de un diseñador inteligente siempre tendrá una respuesta en los defensores del Diseño Inteligente, y se relaciona con un inventado propósito para estas falencias estructurales; una forma de racionalizar mediante la fe los defectos que tenemos. Ejemplo de ello sería “Dios quizá quiso que tuviésemos un punto ciego en nuestro ojo”…

    Sencillamente lo necesitan tanto como nosotros el aire para respirar.

  3. 28 septiembre, 2010 en 8:43

    Obviamente, Juancho. La ventaja de la mitología es que no tiene que ser racional ni coherente. Pero decir que las cosas son como son porque el diseñador es muy retorcido, encaja todavía menos que la idea de un diseño perfecto. De hecho, yo creo que no se lo creen ni ellos.

    Es como si dijéramos: “la selección natural produce organismos adaptados a su medio, y si no lo están es porque la selección natural no quiere. Nadie conoce los designios ocultos de la selección natural”

    Supongo que cualquiera verá que este tipo de argumentos no pueden enmarcarse dentro de la ciencia.

  4. nasara
    28 septiembre, 2010 en 9:10

    Enhorabuena: muy buena explicación.
    Un pequeño apunte semántico: No se puede decir que algo es “una estructura TAN perfecta”, porque el adjetivo “perfecto” no admite comparativos, al ser grado máximo.
    Por lo demás, muy didáctico, aunque le das un sesgo bastante negativo, cuando hablas de chapuza. Mucho mejor al final: en la evolución prima funcionalidad, no perfección.

  5. jose
    28 septiembre, 2010 en 11:48

    Más claro que el agua el post. Me sorprende que se acepte de una forma tan sencilla, sin polémicas ni nada, la razón estructuralista para la retina al revés, aunque seguramente se habrán propuesto explicaciones adaptativas, como para todo. Me he quedado con ganas de saber más sobre ese desarrollo a partir del prosencéfalo.

  6. Ontureño
    28 septiembre, 2010 en 13:03

    Una pregunta de un profano. Dices que la diferencia entre los ojos de los cefalópodos y los vertebrados está un punto dado de la evolución del embrión, y que eso demuestra que tienen un origen evolutivo diferente. ¿Esa implicación está basada en el principio de que la ontogénesis recapitula la filogénesis?

    Lo digo porque, aunque no sé mucho de casi nada, tengo entendido que ese principio es una gran cagada, y que hoy en día se encuentra desacreditdo científicamente…

  7. 28 septiembre, 2010 en 14:48

    Ahí ahí, seguid divulgando.

    Lo de los pulpos me ha dejado anonadado, todos los días se aprende algo.

  8. 28 septiembre, 2010 en 20:46

    Cierto nasara, casi es como decir “es el más mejor” 🙄

    Ontureño, la diferencia no es en un punto dado del desarrollo embrionario, sin el origen a partir del cual se desarrollan: en los vertebrados es a partir del tubo neural, del cerebro primitivo. En los cefalópodos es a partir de los pliegues de la piel del embrión. Por eso decimos que tiene origen diferente. Si hasta un punto determinado tuvieran un desarrollo común y luego divergieran, no hablaríamos de orígenes distintos, sino más bien de homología.

    Saludos.

  9. 29 septiembre, 2010 en 0:56

    Genial! No tenía ni idea de porqué existía el punto ciego. Lo que no me imaginaría jamás es que se debe a que la retina ¡está al revés! Completamente sorprendente… pero así es la evolución 🙂

  10. Felix
    1 octubre, 2010 en 18:41

    La conclusión es clara dios es un chapuzas. 😉

  11. 9 diciembre, 2010 en 0:38

    Hola:

    Muy interesante y documentado el artículo, felicidades. Tengo algún punto de discrepancia que quería compartir.

    Vaya por delante que, evidentemente, no voy a defender el creacionismo, diseño inteligente y demás barbaridades. Por ejemplo, en este artículo (http://ocularis.es/blog/?p=334) en el que aporto mi granito de arena sobre la evolución del sistema visual.

    Pero la disposición de la retina, siendo en principio sorprendente, obedece a ciertos argumentos biológicos. Es decir, la evolución ha favorecido esa disposición particular de la retina por el origen neuroectodérmico de la vesícula óptica como bien explicas, pero también porque la retina “del derecho” tiene importantes trabas si el ojo desarrolla tanta densidad de receptores.
    Me explicaré:

    – Tal como funcionan los fotorreceptores, cuyos pigmentos visuales (opsinas) tienen un recambio tan rápido, las exigencias energéticas de estas células es alta. De hecho, la más alta del cuerpo humano. Necesitan un aporte de oxígeno y nutrientes muy alto. Por lo tanto, un medio rico en estos elementos tiene que estar próximo a los fotorreceptores. La única forma de obtener este medio es por medio de una aporte sanguíneo muy alto. Un diseño “lógico” que hubiéramos decidido si tenemos que fabricar un ojo es poner la retina “de frente”, con los fotorrepeptores en contacto con la cavidad vítrea, y el resto de células por detrás. Si la exigencia de sangre es alta y la cavidad vítrea no tiene sangre, necesitamos una red sanguínea muy densa que tiene que estar a nivel de los fotorrepectores, o un poco por encima o debajo. Si está en los propios receptores, la densidad de estos tendrá que ser baja para dejar hueco a los vasos sanguíneos, por lo que la calidad visual será mala. Si está por delante de éstos, la sangre (que es opaca) impide el paso de luz, hace sombra sobre los fotorrepectores. Si la red sanguínea está por detrás, ocupa el espacio de las células ganglionares. Es necesaria una alta densidad de células ganglionares, de hecho en la fóvea tiene que haber el mismo número de ganglionares que conos para que tengamos buena calidad de imagen.
    – La evolución nos ha puesto una solución ingeniosa: ha colocado la zona de la retina más exigente energéticamente (los fotorreceptores) en la parte más profunda, en contacto íntimo con la úvea. Esta zona de la úvea, la coroides, tiene a este nivel una red muy densa de sangre que alimenta a los fotorrepectores. De esta manera hemos solucionado el mayor problema. El resto de células de la retina, con menor exigencia energética, es alimentada por la circulación retiniana (la que puede estorbar para la visión) y es muy escasa. De hecho, en la fóvea, esta circuliación desaparece gracias a que la retina se adelagaza y se puede alimentar por entero gracias a la coroides.
    – La desventaja de que estén los fotorrepectores por detrás de las demás células es poco relevantes, porque el grosor de la retina es escaso ópticamente hablando, y la retina es transparente. Con lo cual, apenas perdemos información visual al situarse de esta forma.
    – Otra de las pegas de poner la retina así es que la capa de fibras nerviosas son superficiales y hay que sacarlas por algún sitio. Resultado: la mancha ciega. Que si bien lo podemos entender como un fallo de diseño, apenas tiene relevancia práctica (como explico aquí: http://ocularis.es/blog/?p=191)

    ¿Si fuéramos a diseñar el ojo, cómo lo podríamos hacer mejor?.
    – Buscando unas opsinas (pigmentos visuales) más fáciles de mantener, eso nos permite mucha más soltura para “crear” un ojo.
    – Mantendría un sistema óptimo de densidad de fotorreceptores, no sólo en la pequeña fóvea, sino en toda la retina, de manera que no hubiera que hacer constantemente movimientos sacádicos para “escanear” el entorno. Estos movimientos sacádicos implican una supresión activa de la visión, a nivel cerebral, entre el 20% y el 40% de toda la visión teóricamente efectiva. Vaya despilfarro.
    – El sistema de enfoque está totalmente fuera de lugar en un animal tan longevo como el humano, como explicaba aquí: http://ocularis.es/blog/?p=192

    Perdón por el tostón 🙂

  12. 24 mayo, 2013 en 2:19

    “- La evolución nos ha puesto una solución ingeniosa: ha colocado la zona de la retina más exigente energéticamente (los fotorreceptores) en la parte más profunda, en contacto íntimo con la úvea. Esta zona de la úvea, la coroides, tiene a este nivel una red muy densa de sangre que alimenta a los fotorrepectores. De esta manera hemos solucionado el mayor problema. El resto de células de la retina, con menor exigencia energética, es alimentada por la circulación retiniana (la que puede estorbar para la visión) y es muy escasa. De hecho, en la fóvea, esta circuliación desaparece gracias a que la retina se adelagaza y se puede alimentar por entero gracias a la coroides.
    – La desventaja de que estén los fotorrepectores por detrás de las demás células es poco relevantes, porque el grosor de la retina es escaso ópticamente hablando, y la retina es transparente. Con lo cual, apenas perdemos información visual al situarse de esta forma.
    – Otra de las pegas de poner la retina así es que la capa de fibras nerviosas son superficiales y hay que sacarlas por algún sitio. Resultado: la mancha ciega. Que si bien lo podemos entender como un fallo de diseño, apenas tiene relevancia práctica (como explico aquí: http://ocularis.es/blog/?p=191)”

    Veo que desde diciembre del 2010 no se ha señalado mejor respuesta a este artículo, que pretende desvirtuar el diseño inteligente y que explica las particularidades de perfeccionamiento para la retina y en general para el desarrollo de la visión.

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