Animales estudiando para colorear

Hoja de trabajo de los animales en color

Analizar el color y el patrón en el contexto del movimiento es un reto central y continuo en la cuantificación de la coloración animal. Muchas señales animales son espacial y temporalmente variables, pero los métodos tradicionales no logran captar este dinamismo porque utilizan animales estacionarios en posiciones fijas. Para investigar los despliegues visuales dinámicos y comprender las fuerzas evolutivas que dan forma a las señales dinámicas de coloración, necesitamos métodos interdisciplinarios que combinen mediciones de color, patrón, forma tridimensional (3D) y movimiento. En este documento se describe un flujo de trabajo para producir modelos digitales en 3D con información objetiva del color a partir de especímenes de museo con colores difusos. El flujo de trabajo combina las imágenes multiespectrales con la fotogrametría para producir modelos digitales en 3D que contienen información calibrada de color ultravioleta (UV) y visible para el ser humano (VIS) e incorporan patrones y formas en 3D. Estos «modelos multiespectrales 3D» pueden animarse posteriormente para incorporar el movimiento del señalador y del receptor y analizarse in silico utilizando una variedad de modelos visuales específicos del receptor. Este enfoque, que puede integrarse de forma flexible con otras herramientas y métodos, representa un primer paso clave hacia el análisis de las señales visuales en movimiento. Describimos varias aplicaciones oportunas de este flujo de trabajo y los próximos pasos para la fotogrametría 3D multiespectral y las técnicas de animación.

Colores

Desde hace años se sabe que a los pulgones les gusta especialmente el color amarillo, por lo que en la agricultura se utilizan a veces trampas de color amarillo para controlar los pulgones en los cultivos. Para su estudio actual, los investigadores desplegaron un total de más de 200 trampas de color con unos 70 colores diferentes en el campo en dos primaveras consecutivas.

Los datos de reflectancia y los de comportamiento, es decir, el número de pulgones capturados por trampa, constituyeron la base de dos modelos matemáticos. El objetivo era correlacionar los datos de reflectancia y los de comportamiento, y así averiguar qué longitudes de onda son decisivas para la respuesta de los pulgones.

En el primer modelo, los científicos incorporaron datos ya conocidos sobre qué fotorreceptores se estimulan cuando los pulgones buscan alimento. El segundo modelo prescindió de los datos fisiológicos y sólo tuvo en cuenta el comportamiento de los animales y los datos de reflectancia medidos por color. Para este modelo, los investigadores aplicaron un método estadístico especial llamado regresión de mínimos cuadrados parciales (PLSR).

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IntroducciónPequeños, camaleones pantera, guacamayos rojos, peces payaso, tucanes, pulpos de anillos azules y muchos más: El reino animal tiene innumerables habitantes con una belleza extraordinariamente colorida. Pero, en muchos casos, los científicos saben mucho más sobre cómo utilizan los animales sus colores que sobre cómo los crean. Los nuevos trabajos siguen desvelando esos secretos, que a menudo dependen del autoensamblaje increíblemente preciso de características minúsculas dentro y fuera de las plumas, las escamas, el pelo y la piel, un hecho que hace que las respuestas sean intensamente interesantes para los físicos de la materia blanda y los ingenieros de la industria fotónica.

Muchos de los colores que se ven en la naturaleza, sobre todo en el reino vegetal, son producidos por pigmentos, que reflejan una parte del espectro luminoso y absorben el resto. Los pigmentos verdes, como la clorofila, reflejan la parte verde del espectro, pero absorben las longitudes de onda rojas y amarillas más largas, así como las azules más cortas. Las longitudes de onda específicas que se reflejan o absorben dependen de la composición molecular del pigmento y de las distancias exactas entre los átomos de sus estructuras moleculares.

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El principio de parsimonia -que sugiere que las explicaciones más sencillas tienen más probabilidades de ser exactas que las complejas- puede ser en sí mismo una simplificación excesiva. Los científicos prefieren las explicaciones más sencillas a las más complejas, pero sólo si las dos explicaciones responden igualmente bien a las pruebas disponibles. Cuando la parsimonia y las pruebas apoyan explicaciones diferentes, las pruebas ganan. Un ejemplo reciente de la investigación sobre la visión de los animales ilustra esta baza probatoria…

Los seres humanos percibimos el mundo como un arco iris continuo de colores: rojos, que se transforman en naranjas, que se transforman en amarillos, etc. Sin embargo, esta sutil gradación se basa en una biología discreta. Los receptores de color de nuestros ojos (es decir, los conos) sólo son de tres tipos: uno sensible a la luz roja, otro a la luz azul y otro a la luz verde. Cada uno de estos tres tipos de fotorreceptores es más sensible a la luz de una determinada longitud de onda. Así, por ejemplo, los receptores de color azul de los ojos podrían ser más sensibles a la luz de la longitud de onda de 430 nm y serían estimulados en menor grado por la luz de 400 nm o 450 nm. Entonces, ¿cómo pasamos de los conos que detectan tres colores distintos a percibir todos los matices del espectro? A finales del siglo XIX, los científicos propusieron la idea de que nuestros ojos y cerebros procesan esta información comparando el grado de estimulación de cada tipo de cono y codifican la diferencia de niveles de estimulación entre los distintos tipos de conos como un tono de color. Esta idea se conoce ahora como la teoría del proceso de oposición. (Obsérvese que la idea se denomina «teoría», no porque todavía se esté probando -aunque sí-, sino porque nos ayuda a comprender y generar expectativas sobre una serie de fenómenos neurológicos diferentes). Las investigaciones posteriores han respaldado esta teoría sobre el funcionamiento de la visión del color, no sólo en los seres humanos, sino también en otros animales… y entonces llegó el camarón mantis.