Venerdì della scienza

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A un primo sguardo, il piumaggio del tanager dal ventre di berillo potrebbe apparire di un sottile blu pallido. Ma visto da un’altra angolazione, l’uccello canterino sudamericano brilla di un turchese elettrico con riflessi d’oro. Questo fenomeno di trasformazione del colore è noto come iridescenza.

“Ho visto un sacco di uccelli davvero belli in belle immagini, ma mi sono reso conto che scattando foto si perde questo fenomeno davvero molto inquietante”, dice Joshua Medina, un artista 3D e specializzato in digitalizzazione presso il Moore Lab of Zoology all’Occidental College di Los Angeles. “Ed è qualcosa che si può replicare solo in un modello tridimensionale”.

Il Moore Lab è un tesoro di più di 65.000 esemplari di uccelli raccolti per lo più in Messico e Sud America dal 1933 al 1955. Come artista tecnico, Medina sviluppa modelli 3D in modo che le persone possano vedere i colori, i modelli e i difficili spunti visivi nel piumaggio degli uccelli, che possono essere difficili da visualizzare per lo studio.

“È come avere l’esemplare proprio di fronte a te”, dice John McCormack, direttore e curatore di uccelli e mammiferi al Moore Lab. “Puoi avvicinarti e vedere l’uccello anche più dettagliatamente che se lo guardassi a occhio nudo”.

Medina usa una tecnica 3D chiamata fotogrammetria. Il suo setup iniziale come studente universitario era nel suo dormitorio, usando una piattaforma girevole con un esemplare di uccello impagliato e una serie di lampade da tavolo. Manualmente “DJing” il tavolo, avrebbe scattato centinaia di foto digitali da varie angolazioni mentre l’uccello ruotava. Da allora ha abbandonato il DJing e la stanza del dormitorio, ed è passato a un giradischi completamente automatizzato che fa girare l’uccello a ogni scatto della macchina fotografica. Un singolo modello può comprendere fino a 288 foto da tre diverse angolazioni, elaborate da programmi open-source fatti in casa.

“È abbastanza selvaggio”, dice McCormack. “Puoi prendere quel modello 3D e puoi essenzialmente decomprimerlo e appiattirlo in un quadrato che include ogni singolo pezzo della dimensione del pixel sull’intero modello”. Un ricercatore potrebbe quindi estrarre e analizzare ogni singolo colore trovato su un esemplare di uccello, che potrebbe essere utile per tracciare l’evoluzione dei colori del piumaggio in diverse specie di uccelli.

Gli uccelli hanno colori per molte ragioni diverse. Un piumaggio marrone screziato potrebbe camuffare un uccello dai predatori, mentre un piumaggio più chiaro potrebbe aiutare gli uccelli a raffreddarsi. Colori sgargianti come il piumaggio iridescente sulla gola dei colibrì potrebbero essere un vistoso annuncio per i compagni.

“Questi sono a volte display incredibilmente intricati con tutti i tipi di colori e modelli che un uccello femmina tipicamente sta vedendo ed elaborando e prendendo decisioni sull’accoppiamento”, dice McCormack. “

La visione è il senso più importante di un uccello, spiega McCormack, e per elaborare grandi quantità di informazioni visive, gli uccelli hanno grandi lobi ottici.

“Proprio circa 20 anni fa, è diventato abbastanza noto che gli uccelli vedono in modo diverso da noi”, dice Allison Shultz, assistente curatore di ornitologia presso il Museo di Storia Naturale della Contea di Los Angeles, attualmente studiando il piumaggio dei tanagers. “Hanno una sorta di visione migliorata rispetto a noi”.

Per elaborare i colori, gli esseri umani hanno tre tipi di coni nei loro occhi, spiega Shultz, o fotorecettori che sono sensibili al rosso, verde e blu. Ma gli uccelli hanno quattro coni – il quarto cono che estende la loro vista oltre il nostro spettro visivo. Mentre gli esseri umani vedono i colori in lunghezze d’onda da 400 a 700 nanometri, gli uccelli si immergono in una parte dello spettro ultravioletto, vedendo da 300 a 700 nanometri.

“Gli uccelli possono vedere alcuni colori ultravioletti che non possiamo nemmeno descrivere”, dice McCormack. “Non sappiamo nemmeno cosa siano quei colori. Non abbiamo parole per loro perché non li vedremo mai, ma gli uccelli li vedono”.

Non solo gli uccelli hanno più tipi di coni degli umani, ma le loro cellule coniche sono dei precisi filtri di colore. Ognuno di loro ha piccole gocce d’olio che limitano la quantità di luce che colpisce ogni singolo cono, il che permette agli uccelli di distinguere differenze tra colori simili che passano inosservate all’occhio umano, dice Shultz.

I conigli, una famiglia di specie che vivono in tutto il Centro e Sud America, per esempio, coprono quasi l’intero spettro di colori visto negli uccelli, dice Shultz. I ricercatori pensavano originariamente che il 50% delle circa 370 specie fossero dicromatiche, dove i maschi e le femmine hanno diversi colori del piumaggio. Tuttavia, quando Shultz e il suo collega Kevin Burns hanno misurato i colori da un modello di visione aviaria, hanno stimato che i tanagers sono in realtà 93% dicromatici.

“C’è un sacco di variazione che ci manca con i nostri occhi”, dice Shultz.

Shultz e McCormack stanno escogitando dei modi per permettere ai ricercatori di vedere ciò che vedono gli uccelli. Le tecniche attuali richiedono uno spettrofotometro a riflessione, un dispositivo che utilizza una sonda a fibra ottica che invia impulsi di luce allo xeno – una luce che comprende l’intero spettro – su un oggetto. La luce che viene riflessa indietro dice ai ricercatori quali colori sono presenti nel piumaggio di un uccello, comprese le caratteristiche dell’uccello visibili solo nello spettro ultravioletto. “La spettrofotometria di riflettanza è fantastica. Possiamo poi applicare il modello della visione aviaria a quei dati, ma si tratta davvero di punti su un uccello”, dice Shultz-ma la cattura di precisione del punto della sonda manca di macchie più grandi di modelli.

Ecco perché Shultz, McCormack e Medina stanno lavorando per installare una telecamera UV. “Essere in grado di usare la tecnica del Moore Lab con una telecamera UV e una telecamera digitale per darci un senso del patterning di un uccello in uno spazio 3D sarà davvero importante”, dice Shultz.

Medina sta già costruendo il suo software per il laboratorio e costruendo una versione open-source del processo di fotogrammetria 3D in modo che chiunque possa utilizzare le tecniche. Type Case Drawer of Specimens at the Moore Lab creato da Joshua Medina e dal Moore Lab su Sketchfab.

Al momento, tutti gli esemplari del Moore Lab sono catalogati online, ma solo alcuni sono fotografati e alcune specie preziose non possono essere rimosse dal laboratorio. Il team sta ottimizzando il processo per digitalizzare l’intera collezione in 3D, in modo che i ricercatori di tutto il mondo possano accedere e interagire con gli esemplari di uccelli. Le persone non solo saranno in grado di analizzare da vicino il colore, ma potranno esaminare la consistenza, la trasparenza e le superfici riflettenti, dice Medina.

“Quello che è interessante è che ognuno di questi livelli è spesso presentato solo come dati nella scienza e nella digitalizzazione”, dice. “Ma penso che quando si visualizzano quei dati, diventa qualcosa che è molto più tangibilmente artistico e interessante.”

Un ringraziamento speciale a Joshua Medina e al Moore Lab per aver condiviso e generato immagini 3D supplementari. Esplora altri modelli 3D di uccelli dalle collezioni del Moore Lab su Sketchfab di Medina.

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Lauren J. Young

Informazioni su Lauren J. Young

@laurenjyoung617

Lauren J. Young è il produttore digitale di Science Friday. Quando non sta accantonando libri come assistente di biblioteca, sta aggiungendo alla sua impressionante collezione di dispenser Pez.