Nel 2019, se tutto va secondo i piani, il tanto ritardato James Webb Space Telescope sarà finalmente lanciato in orbita. Una volta assemblato, userà una serie di 18 specchi esagonali per raccogliere e mettere a fuoco la luce delle galassie lontane. Questo design a specchi segmentati è stato sviluppato negli anni ’80, e ha avuto un tale successo che sarà presente in quasi tutti i grandi telescopi che saranno costruiti nel prossimo futuro.
Ma come sempre, la natura è arrivata prima. Per milioni di anni, le capesante hanno guardato il mondo usando dozzine di occhi, ognuno dei quali ha uno specchio segmentato che è incredibilmente simile a quelli dei nostri più grandi telescopi. E gli scienziati ne hanno appena visto uno per la prima volta.
Sì, quelle capesante, le polpette di carne bianca scottate in padella che abbelliscono i nostri piatti. Quei dischi sono solo i muscoli che gli animali usano per chiudere le loro belle conchiglie. Guardate una capasanta piena e viva, e vedrete un animale molto diverso. E quell’animale vi guarderà, usando dozzine di occhi che fiancheggiano il mantello carnoso sui bordi interni della sua conchiglia. Alcune specie hanno fino a 200 occhi. Altre ne hanno di blu elettrico.
All’interno degli occhi, la stranezza aumenta. Quando la luce entra in un occhio umano, passa attraverso una lente che la focalizza sulla retina, uno strato di cellule sensibili alla luce. Quando la luce entra in un occhio di capasanta, passa attraverso una struttura simile a una lente, che … non sembra fare nulla. Poi passa attraverso due retine, stratificate l’una sull’altra. Infine, colpisce uno specchio curvo sul retro dell’occhio, che lo riflette sulla retina. È questo specchio, e non la lente, che mette a fuoco la luce in arrivo, più o meno come fanno quelli dei telescopi segmentati.
Michael Land dell’Università del Sussex ha scoperto molto di questo negli anni ’60, osservando attentamente gli occhi al microscopio e tracciando il percorso che la luce deve fare al loro interno. Ha identificato lo specchio, ha dimostrato che è composto da cristalli stratificati, e ha suggerito che i cristalli sono fatti di guanina, uno dei componenti del DNA. “È molto impressionante come Land avesse ragione su quasi tutto da alcuni approcci piuttosto semplici”, dice Daniel Speiser dell’Università della Carolina del Sud, che studia anche gli occhi di capesante. “Il problema è che i microscopi potenti tendono a disidratare i campioni nel processo di analisi, e questo rovinerebbe il posizionamento dei cristalli dello specchio. Ora, Lia Addadi del Weizmann Institute of Science ha trovato un modo per aggirare questo problema. Il suo team, che comprende Benjamin Palmer e Gavin Taylor, ha usato un microscopio che congela rapidamente i campioni, in modo che tutto all’interno rimanga al posto giusto. Hanno finalmente ricostruito la struttura dello specchio nei minimi dettagli, confermando molte delle idee di Land e approfondendone altre.
Lo specchio è composto da cristalli di guanina piatti e quadrati, ciascuno largo un milionesimo di metro. Sono tessellati insieme in una griglia simile a una scacchiera. Tra 20 e 30 di queste griglie sono impilate l’una sull’altra, con uno spazio pieno di liquido tra di loro. E gli strati sono disposti in modo che i quadrati di ciascuno si trovino direttamente sotto i quadrati di quello precedente. I cristalli e gli spazi tra di loro hanno rispettivamente uno spessore di 74 e 86 miliardesimi di metro, e queste distanze precise fanno sì che lo specchio nel suo insieme sia ottimo per riflettere la luce blu-verde, il colore che domina l’habitat sottomarino della capasanta.
L’intera struttura è una master class di ingegneria di precisione. “Quando c’è una soluzione fisica elegante, il processo evolutivo è molto bravo a trovarla”, dice Alison Sweeney, un fisico dell’Università della Pennsylvania che studia la visione animale.
Questa precisione è tanto più notevole perché i cristalli di guanina non si formano naturalmente in quadrati sottili. Se li si coltiva in laboratorio, si ottiene un prisma grosso. Chiaramente, la capasanta controlla attivamente la crescita di questi cristalli, modellandoli mentre si formano. I cristalli di guanina crescono a strati, e Addadi pensa che la capasanta sposti in qualche modo l’orientamento di ogni strato di 90 gradi rispetto a quelli sopra e sotto di esso. Mentre gli strati crescono verso l’esterno, lo fanno solo in quattro direzioni, creando un quadrato. Come lo faccia è un mistero, come tutto il resto del modo in cui si formano gli specchi.
Anche lo specchio non è una struttura inanimata all’interno dell’occhio. È un essere vivente. I cristalli quadrati crescono all’interno delle cellule dell’occhio della capasanta, riempiendole. Sono le cellule che poi si tassellano insieme per formare gli strati. “Le cellule non possono essere morte”, dice Addadi, “o il tutto si romperebbe”. Quindi non solo le cellule devono controllare la crescita dei cristalli al loro interno, ma devono anche comunicare tra loro per disporsi in modo corretto. “Come fanno a farlo? Davvero non lo so”, aggiunge.
Qualunque sia il loro trucco, produce chiaramente dei risultati. La visione delle capesante non rivaleggerà presto con la nostra, ma è molto più nitida di quanto ci si potrebbe aspettare per un animale che è fondamentalmente una vongola di lusso. Speiser lo ha dimostrato una decina di anni fa mettendo le capesante in piccoli sedili e riproducendo filmati di particelle di cibo alla deriva. Anche quando le particelle erano larghe solo 1,5 millimetri, le capesante aprivano i loro gusci, pronte a nutrirsi. “L’idea che questi animali stiano formando immagini molto belle con i loro occhi mi sembra molto solida”, dice Speiser.
La squadra di Addadi ha anche notato che lo specchio della capasanta è leggermente inclinato rispetto alla sua retina. Come risultato, lo specchio concentra la luce dal centro del campo visivo dell’animale sulla retina superiore, e la luce dalla periferia su quella inferiore. Forse è per questo che la creatura ha due retine: Gli permettono di mettere a fuoco diverse parti dell’ambiente circostante allo stesso tempo.
“È uno studio davvero sorprendente”, dice Jeanne Serb della Iowa State University, che ha anche studiato gli occhi delle capesante. Aiuta a risolvere il mistero delle retine doppie – qualcosa che gli scienziati hanno cercato a lungo di affrontare, senza successo.
Ma Speiser non è completamente convinto. Dice che gli occhi si deformano facilmente quando vengono sezionati, e anche un leggero schiacciamento potrebbe cambiare l’orientamento dello specchio e della retina. Tuttavia, non ha una spiegazione migliore, nonostante abbia testato diverse idee possibili negli ultimi 12 anni. “Niente è stato verificato, e questa è un’ipotesi buona come qualsiasi altra”, dice.
Il prossimo grande obiettivo per gli appassionati di capesante, aggiunge, è quello di capire perché le capesante hanno così tanti occhi. Probabilmente gli permettono di scansionare una vasta area, ma considera le informazioni di ogni occhio separatamente o le combina tutte in un’unica immagine? Dopo secoli di studi, gli scienziati sanno finalmente come vede ogni singolo occhio. Ma “non abbiamo ancora idea di cosa l’animale nel suo complesso stia percependo”, dice.