¿Qué ven las hormigas?

Las hormigas solo tienen ojos de baja resolución, además de tres ocelos (ojos simples) que solo detectan un nivel general de luz y polarización, ver

http://en.wikipedia.org/wiki/Ant#Morfología

Su capacidad para ver detalles (objetos pequeños y sus características) es mucho peor que la de los vertebrados como nosotros. Sugerir que los animales, especialmente los animales primitivos como las hormigas, pueden ver bacterias es absurdo.

La longitud de onda de la luz visible es de aproximadamente medio micrón, que también es el tamaño de muchas bacterias. Así que no puedes ver nada dentro de las bacterias con la luz visible, ni siquiera con tecnología de punta. Para ver objetos más detallados, debe cambiar a rayos X o electrones y crear mejores microscopios.

Es incluso menos realista proponer que uno, o incluso una hormiga, pueda ver un átomo (que es 10.000 veces más pequeño que una bacteria) a través de la luz visible.

No puedes simplemente escalar las cosas hacia arriba y hacia abajo. El mundo no es invariable bajo transformaciones de escala, decimos. Diferentes escalas de longitud ven diferentes tipos de fenómenos físicos y diferentes objetos físicos. El átomo de un tipo dado siempre tiene el mismo tamaño y no se puede escalar. Además, ni siquiera hiciste la escala correctamente porque no escalaste la longitud de onda de la luz. Además, la visión con resolución detallada requiere algunos "circuitos lo suficientemente grandes" para manejar la información, etc.

Por cierto, esto es válido incluso para los aceleradores. El LHC es nuestro mejor "microscopio" que puede ver distancias más cortas que$10^{-19}$metros, pero para hacerlo requiere túneles con los mejores imanes de 27 kilómetros de largo. Objetos tan pequeños como las hormigas no pueden ver con esta buena resolución, y aunque pudieran, no podrían lidiar con la enorme cantidad de información que sus ojos les estarían dando.

Los animales lo suficientemente grandes, por ejemplo, los mamíferos, ven el mundo como nosotros. Existen diferencias bien conocidas entre los colores a los que los diferentes mamíferos son sensibles. Los perros son, por ejemplo, parcialmente daltónicos, en relación con lo que podemos hacer.

Las otras respuestas al efecto de que se necesita una gran óptica para ver los detalles finos son ciertas, ya que son ciertas para la óptica de imagen convencional que detecta el campo lejano electromagnético o el campo radiativo, es decir , aquel cuyo componente de Fourier en frecuencia$\omega$se puede representar como una superposición lineal de ondas planas con vectores de onda de valor real$(k_x,\,k_y,\,k_z)$con$k_x^2+k_y^2+k_z^2 = k^2 = \omega^2/c^2$. Este es el tipo de campo al que se aplica el límite de difracción de Abbe y limita los "ojos" como los nuestros, que comprenden retinas y ópticas de imágenes, o incluso ojos compuestos como los de una hormiga.

Sin embargo, este no es todo el campo electromagnético: muy cerca de los objetos que interactúan con él, el campo electromagnético incluye componentes de campo cercano o campo evanescente . Estas son ondas planas generalizadas para las cuales:

1. La componente del vector de onda en alguna dirección.$k_\parallel$es mayor que el número de onda$k$y por lo tanto puede codificar variaciones espaciales potencialmente mucho más pequeñas que una longitud de onda;

2. La componente del vector de onda$k_\perp$ortogonal a esta dirección debe ser, por tanto , imaginaria , de modo que$k_\parallel^2 + k_\perp^2 = k^2$se puede cumplir.

Por lo tanto, tales campos decaen exponencialmente con la distancia desde la perturbación hasta el campo electromagnético que los generó y, por lo tanto, normalmente no pueden contribuir a una imagen formada por un sistema de imágenes.

Sin embargo, si puede acercar sus sensores de imagen lo suficiente a la perturbación, aún puede registrar el detalle codificado en los componentes evanescentes más finos que la longitud de onda. Este es el principio del microscopio óptico de barrido de campo cercano .

El sensor del microscopio óptico de campo cercano puede ser extremadamente pequeño, de modo que una forma de vida del tamaño de una bacteria podría registrar detalles por debajo de la longitud de onda en el mundo que la rodea con receptores construidos con unas pocas moléculas, siempre que la forma de vida estuviera lo suficientemente cerca del detalle en cuestión. Tenga en cuenta que, cuando$k_\parallel > k$que los campos se pudren como$exp(-\sqrt{k_\parallel^2-k^2} z)$con distancia creciente$z$de sus fuentes. Por lo tanto, existe una compensación entre cuánto más fino que una longitud de onda podemos ver con un sensor de este tipo y qué tan cerca de la fuente debemos estar para verlo. Si queremos ver características de una décima parte de la longitud de onda de la luz visible, entonces$k\approx 12{\rm \mu m^{-1}}$y$k_\parallel \approx 120{\rm \mu m^{-1}}$, de modo que la amplitud del campo cercano decae por un factor de$e$por cada centésima de longitud de onda distante de la fuente se encuentra el detector. Por lo tanto, perdemos alrededor de 10 dB de relación señal/ruido por cada centésima de distancia de longitud de onda que separa el detector y la fuente. Entonces, para detectar detalles tan finos (estructuras de 50 nm) desde una micra de distancia, se necesitarían fuentes de luz extremadamente fuertes, de modo que los detectores tuvieran una señal muy limpia.

Por supuesto, el anterior es un ejemplo extremo, pero si usted es una forma de vida del tamaño de una bacteria que detecta directamente el campo utilizando una matriz finamente espaciada de sensores moleculares, es posible que pueda "ver" las características del mundo por debajo de la longitud de onda en su vecindad inmediata. Además, es posible concebir una criatura diminuta que "sienta" su vecindad usando microscopios de fuerza atómica molecular .

Entonces, sí, si incluye toda la física y presta atención a la condición de que debe acercarse mucho a los objetos detectados, sería posible que una forma de vida del tamaño de una bacteria vea detalles por debajo de la longitud de onda en su vecindad inmediata, tal vez incluso átomos individuales si incluimos detección de fuerza atómica.

Por supuesto, empaquetar todo el "cerebro" de procesamiento de señales en la forma de vida necesaria para comprender esta información podría ser otro asunto completamente diferente.

El mundo de las hormigas está mucho más ordenado por la recepción química y las feromonas que por la visión. Las hormigas producen una variedad de estos químicos que actúan como señales. También perciben otras sustancias químicas en su entorno y, como lo que podría llamarse un "superorganismo", tienen un mapa colectivo, un mapa químico, del terreno que habitan.

Las hormigas tienen ojos compuestos y son bastante pequeñas. En su mayor parte, su propósito es detectar cambios repentinos en los niveles de luz. Una hormiga que los percibe recibe una señal de que algún depredador podría estar presente y, por lo tanto, salir de allí está en orden.

Algunas especies de bacterias tienen moléculas de opsina que son fotoactivas. Entonces, la recepción de fotones puede resultar en cambios en la actividad de la vía molecular. La molécula de rodopsina en nuestros ojos o retina tiene dos estados conformes para la recepción y no recepción de un fotón. La energía del fotón cambia la forma de la molécula y luego actúa para iniciar una vía molecular de GTP que finalmente se amplifica en un potencial de acción neuronal. La rodopsina es una forma de moléculas de opsina, que en su clasificación general se superponen con las moléculas fotosintéticas también en algunas bacterias. Sin embargo, los bacilos no forman ningún tipo de imagen de nada.

Para que un bacilo "vea" un átomo necesitaría detectar rayos gamma. Los rayos gamma están en gran parte fuera del espectro EM disponible para los sistemas biológicos. De hecho, son letales.

En cuanto a la función de la luz: sí, se puede reducir (hasta cierto punto). He trabajado en un ASIC (Circuito Integrado de Aplicación Específica) que usaba un proceso de 8 micras (Cro-magnon según los estándares actuales). No pude ver el detalle de estos circuitos en el producto terminado (demasiado pequeño) PERO fueron hechos básicamente (estoy simplificando mucho) con imágenes fotográficas minúsculas producidas por luz (más allá del rango de luz visible). Para decirlo de otra manera: el detalle resoluble disponible de la luz es mucho, MUCHO más fino de lo que puede ver el ojo humano sin ayuda.

Los biólogos afirman que las águilas pueden ver detalles 10 veces más nítidos que los humanos (y el ojo de un águila es notablemente más pequeño que el ojo humano).

Lo que no sé es dónde el tamaño físico del ojo limita los detalles. No veo ninguna razón por la que no pueda reducirse... MUY abajo. Pero no soy biólogo y (afortunadamente) no soy una hormiga. Sería interesante averiguar dónde terminan los globos oculares más pequeños y dónde toman el relevo otros aparatos para ver.

Entonces, su ejemplo de llegar a donde podría ver bacterias presenta un punto de quiebre interesante: en teoría, no hay problema para ver una bacteria (tamaño de aproximadamente 1000 nm) en el extremo inferior de la luz UV (extremo superior del visible humano), longitud de onda alrededor de 400 nanómetros. Pero los detalles obviamente serían un poco confusos. La bacteria aparecería como una mancha borrosa y no ayudaría ningún anteojo. El límite teórico para que los microscopios ópticos modernos resuelvan los detalles es de 200 nm (usando luz "verde" de 550 nm).