L'aquila e il falco: l'occhio bionico

Premessa

Le espressioni “occhi come un falco” o “occhi d’aquila” vengono utilizzate nel gergo comune in relazione alle persone dotate di una vista brillante e acuta.

Questi modi di dire prendono spunto dalla straordinaria capacità visiva tipica dei rapaci, come l’aquila e il falco. Non a caso, nell’ambito del tennis (in particolare dei tornei più famosi, come del Grande Slam, il Roland Garros e Wimbledon), lo strumento elettronico utilizzato per stabilire con estrema precisione la posizione della pallina da tennis rispetto alle righe del campo di gioco (Fig. 1.a) prende il nome di Hawk-Eye “occhio di falco”, associando evidentemente la precisione di tale sensore ottico alla nota capacità del falco di individuare e distinguere un oggetto a grande distanza (Fig. 1.b).

: Fig. 1a. La precisione con cui Hawk-Eye “occhio di falco” è in grado di individuare la posizione della pallina rispetto la riga.

: Fig. 1b. Illustrazione per Occhiocapolavoro – Gli occhi dei rapaci e il “binocolo integrato” by @alexhunter88

La visione dei rapaci: occhi molto grandi e ampio campo visivo

L’occhio di questi uccelli è una struttura anatomica di grandi dimensioni – sia in scala relativa, sia assoluta – ed occupa una parte assai preponderante della loro massa cranica (Fig. 2). Oltre alla capacità di eseguire rapidi movimenti oculari, i rapaci sono anche in grado di ruotare il capo quando vogliono mutare la direzione dello sguardo, con un’escursione del capo anche di 270°. Tale caratteristica assicura un campo visivo assai ampio, tale da ricomprendere anche le parti di orizzonte poste dietro al loro corpo. (Mitkus M. Potier S. Martin G, et al. Raptor Vision. Invited Review in Oxford Research Encyclopedia of Neuroscience, 2018).

Fig. 2. Gli occhi di un falco insieme al becco sono preponderanti rispetto la massa cranica.

Un occhio bionico:

In estrema sintesi, come vediamo nella Fig. 3, possiamo dire che l’anatomia dell’occhio di un rapace presenta:

una forma molto più allungata (paragonabile ad un cannocchiale) rispetto all’occhio umano;
una cornea di dimensioni molto ampie che lascia passare all’interno dell’occhio quanta più luce possibile;
l’iride con capacità di dilatazione molto accentuata, soprattutto nelle ore notturne;
il cristallino molto grande e di forma rotonda;
a differenza degli occhi umani, una retina caratterizzata da un’area centrale retinica (fovea) con un’altissima densità di fotorecettori (e precisamente di sei diversi tipi: bastoncelli, attivi in condizioni di scarsa illuminazione, doppi coni che controllano la discriminazione acromatica e quattro tipi di coni singoli che mediano la visione dei colori). In alcune specie sono state individuate addirittura due fovee: una fovea centrale profonda ed una fovea temporale meno profonda, e conseguentemente un’area centrale retinica con due diverse funzioni: la prima che si concentra sui dettagli, l’altra su un oggetto più lontano (Mitkus, P. Olsson, M.B.Toomey et al. Specialized photoreceptor composition in the raptor fovea. J. Comp. Neurol. 525: 2152-2163, 2017).

Fig. 3. Disegno anatomico: a sinistra l’occhio di un rapace; a destra l’occhio dell’uomo.

Tali caratteristiche assicurano alla vista degli uccelli rapaci qualità davvero uniche (o comunque assai differenti rispetto a quelle dell’uomo). Come sostenuto da alcuni studiosi, la forma dell’occhio, insieme alle grandi dimensioni e alla plasticità del cristallino, consente all’occhio dei rapaci di funzionare come una sorta di teleobiettivo delle macchine fotografiche, con una capacità di messa a fuoco estremamente rapida e dettagliata sia di oggetti a pochi centimetri di distanza, sia di oggetti posti a distanze incredibilmente lontane. Ma le curiosità non si fermano qui; Il falco e le aquile, grazie all’enorme numero di coni fotorecettori, riescono anche a percepire un numero di colori e sfumature di gran lunga superiore al nostro occhio, arrivando addirittura a vedere le cosiddette frequenze ultraviolette: ecco perché possono percepire anche animali nascosti fra l’erba alta o pesci che nuotano sotto la superficie dell’acqua (Land MF, Nilsson D-E. Animal eyes. 2nd ed. Oxford, UK: Oxford University Press. 2012).

L’ipervisione

Per eseguire manovre di volo molto rapide e precise, al fine di evitare dannosi incontri con oggetti fissi come rami e per catturare prede in volo, questi rapaci sfruttano una capacità visiva dotata di un elevato potere risolutivo per i dettagli visivi, non solo nello spazio ma anche nel tempo.

In particolare, il falco pellegrino è in grado di cacciare pur volando ad una velocità di 180 miglia orarie (Fig. 4); la natura ha, infatti, “attrezzato” questo animale perché riesca a percepire le immagini anche quando si muove ad altissima velocità. Una sorta d’ipervisione in grado di elaborare le immagini a una velocità maggiore rispetto al cervello umano e allo stesso tempo mantenere un ampio campo visivo (Fig 4a-4b).

: Fig 4a. Volo in picchiata di un rapace verso la sua preda. Anche a 180 mph è in grado di mantenere un ottimo campo visivo per non urtare oggetti indesiderati e allo stesso tempo non perdere di vista la preda. Creator: Alberto Garnero. Copyright: Garnero Alberto photography.

: Fig. 4b. Caratteristica dell’occhio umano, più va veloce e più si restringe il campo visivo. PIARC 2003.

Consideriamo che, prendendo come parametro la c.d. FFF – Flicker Fusion Frequency, che tradotto in termini pratici può essere definita come la frequenza alla quale uno stimolo luminoso intermittente risulta completamente stabile all’osservatore umano medio, la capacità dell’occhio umano di vedere un oggetto fermo durante una camminata o una corsa è individuabile in una c.d. soglia di fusione che oscilla tra i 20 e 60 Hertz; è invece assai ridotta quando gli oggetti si muovono velocemente oppure quando guidiamo ad alta velocità o guardiamo fuori dal finestrino di un treno, con la conseguenza che in questo secondo caso la vista è sfocata. A differenza dell’uomo, i rapaci, come il falco pellegrino, hanno sviluppato invece un FFF molto più rapido (superiore a 100 Hertz al secondo); ciò consente loro di evitare gli ostacoli e avere un tempo di reazione più rapido durante la caccia (S. Potier, M. Lieuvin, M. Pfaff et al. How fast can raptors see? J. Exp. Biol. 223: 1-7, 2020).

L’eyeliner per ridurre l’abbagliamento

Un’altra caratteristica che è stata recentemente messa in risalto è la striscia scura posta sotto gli occhi del falco pellegrino. Un nuovo studio scientifico (Vrettos, M., Reynolds, C. & Amar, A. Malar stripe size and prominence in peregrine falcons vary positively with solar radiation: support for the solar glare hypothesis. Biology Letters, 17: 1-7, 2021) suggerisce che le piume scure “eyeliner” dei falchi pellegrini fungono da schermi solari per migliorare la capacità di caccia degli uccelli. Gli scienziati hanno a lungo ipotizzato che i segni degli occhi dei falchi migliorassero la loro capacità di raggiungere prede in rapido movimento, come piccioni e colombe, alla luce del sole. Ora la ricerca suggerisce che il colore delle piume sotto gli occhi sia il risultato dell’evoluzione subita in base al clima; più soleggiato è l’habitat dell’uccello, più grandi e più scure sono le piume scure e rivelatrici del “parasole”.

Le caratteristiche strisce scure direttamente sotto gli occhi del falco pellegrino (Fig. 5), chiamate striscia malare o “baffi”, probabilmente riducono l’abbagliamento della luce solare e conferiscono un vantaggio competitivo durante gli inseguimenti ad alta velocità. È un tratto evolutivo imitato dagli atleti che si imbrattano di trucco scuro sotto gli occhi per migliorare la performance visiva (Fig. 6).

: Fig. 5. Le piume sotto sotto gli occhi dei falchi formano un contorno di colore scuro.

: Fig. 6. Molti giocatori di football americano usano dipingere di nero gli zigomi per evitare l’abbagliamento della luce solare.

Conclusione

Il falco e l’aquila, come tutti gli esseri viventi, presentano caratteristiche che li rendono adatti a vivere in sintonia con il loro habitat. La loro maestosità quando spiegano le ali, la capacità particolare di procurarsi il cibo buttandosi nel vuoto a tutta velocità, la loro vista davvero unica in tutta la specie animale, rendono tali uccelli veri e propri principi del cielo. I meccanismi anatomo-fisiologici che rendono possibile le doti visive di questi animali sono un esempio della grandezza della natura che non smette mai di stupirci.

“L’aquila vola in alto per potere abbracciare con lo sguardo una visuale più ampia sulle zone sottostanti. Ed è per questo che gli uomini dicono dell’aquila che, fra tutti gli uccelli, è l’unico a essere divino.”

(Aristotele, Historia animalium)