¿Son los ojos humanos la mejor cámara posible?

Question

No soy fisiólogo, pero lo poco que sé sobre los ojos humanos siempre me maravilla por sus detalles de sutilezas ópticas. Siempre me viene a la mente una pregunta. ¿Son los ojos humanos el mejor instrumento óptico posible evolucionado por la selección natural? ¿Existe algún margen de mejora importante según las leyes de la física en principio? ¿Puede haber alguna cámara preparada por el ser humano que pueda ser superior a los ojos humanos?

Answer 1

Esta pregunta es algo difícil de responder de forma objetiva, porque depende en gran medida de su definición de "mejor". La selección natural favorece los rasgos que proporcionan una ventaja reproductiva; ni más ni menos.

¿Podrían nuestros ojos ser mejores según los estándares del diseño óptico moderno, en términos de precisión y características? Claro. Podría diseñar fácilmente una cámara con mayor apertura, mejor resolución, menor abberación, mayor sensibilidad a la longitud de onda, etc. Incluso hay algunos precedentes en la naturaleza. Algunos animales pueden ver el ultravioleta o el infrarrojo; algunos incluso pueden detectar la polarización (creo que sobre todo las aves). Creo que hay algunos peces que pueden girar sus ojos alrededor de casi un círculo completo en cualquier dirección. Los gatos y los perros tienen una mayor sensibilidad con poca luz debido a la capa reflectante que tienen detrás de la retina, y los calamares tienen ojos con aperturas realmente enormes.

Sin embargo, cabe señalar que el ojo humano, a pesar de lo que he dicho anteriormente, sigue siendo una cámara bastante buena. Puede volver a enfocar con bastante rapidez, tiene un fantástico ordenador de procesamiento de imágenes que puede hacer cantidades increíbles de reconocimiento de patrones, reducción de ruido y estabilización de imágenes. Aunque su aberración de frente de onda no es perfecta, es bastante buena para un sistema biológico. Tienen una aberración cromática muy baja y son bastante compactos. Además, nuestros ojos tienen un plano focal curvo (nuestra retina) que es el sueño de los diseñadores de lentes: elimina el problema de la curvatura del campo, que es una aberración inherente a cualquier sistema óptico que es casi imposible de eliminar.

Answer 2

1. Este es un error común: la evolución no se ha detenido hace un millón de años dejando a todas las criaturas en el "mejor estado posible"; es una búsqueda continua de adaptación a las condiciones ambientales actuales, con el único objetivo del éxito reproductivo. Además, la mayor parte de la población permanece en un entorno aún más subóptimo debido a las mutaciones aleatorias (la ventaja de esto es lograr una adaptación más rápida).

2. Sí; incluso uno enorme, véase la respuesta de Georg. Los calamares tienen ojos sin punto ciego y sin riesgo de desprendimiento de retina. Las abejas ven la polarización de la luz y algunos rayos UV. El ojo del gato tiene un espejo que duplica la intensidad de la señal. Etc, etc.

3. El ojo humano tiene una resolución de unos 2Mpixels -- la cámara de mi teléfono es mejor. Por supuesto que no es una comparación justa, ya que la mayor utilidad de una vista se queda en el cerebro, pero si hablamos del ojo en sí...

Answer 3

[Actualizado para corregir un par de errores señalados en los comentarios. ¡Gracias!]

A mi edad, está claro que hay espacio para al menos una mejora importante: más alojamiento. La acomodación, en este contexto, significa la capacidad del ojo para enfocar a diferentes distancias. Esto se consigue cambiando la forma, y por tanto la distancia focal, del cristalino. El material del cristalino se vuelve más rígido con el paso del tiempo, por lo que la mayoría de las personas pierden la capacidad de enfocar objetos cercanos a medida que envejecen. Además, por supuesto, muchas personas, incluida yo, carecen de la capacidad de enfocar objetos lejanos.

Si yo estuviera a cargo de la selección natural, haría que esos músculos fueran lo suficientemente fuertes como para permitirme enfocar objetos cercanos. Es de suponer que, en la sabana, la disminución de la capacidad de las personas de mediana edad (o, como se les llamaba entonces, ¡personas muy mayores!) para enfocar objetos a menos de un metro de distancia tuvo poco efecto en el número de descendientes que esas personas produjeron.

Otra cifra de mérito natural para evaluar cualquier sistema óptico es lo cerca que está del límite de difracción, es decir, lo cerca que está de alcanzar la mejor resolución posible para un sistema de su tamaño. No soy un experto, pero parece que el ojo está dentro de un factor de unos pocos del límite de difracción ( ejemplo ), así que hay un poco de margen de mejora ahí, pero no mucho.

Otro aspecto a tener en cuenta es la eficiencia cuántica, que es la fracción de todos los fotones incidentes que utiliza un sistema óptico. Una vez más, las cosas dependen mucho de las condiciones, pero en general el ojo es muy bueno en este aspecto, alcanzando niveles de aproximadamente 10% . (Puede que no suene tan bien, pero creo que es difícil imaginar formas de mejorarlo drásticamente).

Otra forma de mejorar el ojo sería aumentar la gama de frecuencias que puede ver. Pasar al ultravioleta probablemente no serviría de mucho, pero si se añadieran algunos receptores de infrarrojos en la retina, la visión nocturna sería mucho mejor.

Answer 4

Esta pregunta no puede responderse con exactitud. Los ojos que tenemos los humanos han evolucionado para ser "más o menos" los mejores de los que disponemos los homínidos. Hay otras especies de vida con ojos mejor adaptados para sus econichos. Las águilas y los halcones tienen ojos capaces de una resolución mucho mejor a grandes distancias. Pueden elevarse 500 metros por encima del suelo y detectar un pequeño animal como presa, desde donde se lanzan en picado desde esa altura para atraparlo. Nuestros ojos no son ni de lejos tan agudos. Por otra parte, es posible que sus ojos no estén tan adaptados para la resolución fina de la visión muy cercana.

Los ojos humanos tienen algunos aspectos curiosos que ilustran cómo la evolución selecciona características adaptativas construidas a partir de estructuras previamente existentes. Por ejemplo, la neurona óptica inerva el ojo desde la parte delantera, lo que es todo lo contrario de lo que cabría esperar. Sería como si uno construyera un CCD con las conexiones de los píxeles conectadas en el camino óptico.

La mejor respuesta que se puede dar es que no, pero el ojo ha evolucionado para trabajar dentro de los límites de lo biológicamente adaptable.

Answer 5

El ojo humano es una cámara indiferente. Comparado con el de un halcón, es irrisorio. Un halcón puede sentarse en lo alto del Empire State Building y distinguir una moneda de diez centavos en la acera.

Lo que hace que el ojo humano sea bueno es el software que hay detrás: lo que proporciona nuestro cerebro. Te das cuenta de que lo que realmente se enfoca en nuestras retinas es una imagen invertida, de visión de túnel, que nuestro cerebro clasifica en las imágenes que piense en que vemos, ¿verdad? ¿Y que en los experimentos, las personas a las que se les hizo llevar gafas que hacían que todo se viera al revés se adaptaron en pocos días para que el revés se viera al derecho?

Reconocemos patrones, colores, formas donde las cámaras sólo registran diferencias de color y tono. No es el ojo el que destaca. Es el cerebro.