Les yeux, des mécanismes les plus simples de l'accent de la lumière aux machines haute définition

2009/09/01 Korta Hernandez, Nerea - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria

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Sous l'eau, à mille mètres, il y a très peu de lumière. On ne peut guère rien voir. Cependant, les poissons qui habitent ces profondeurs ont des méthodes pour détecter si un rayon de lumière arrive. Ils ont généralement des yeux cylindriques. Ainsi, ils peuvent détecter les rayons des poissons avec la luminescence et la direction de la lumière. Mais ils ont un champ visuel très limité, ce qui peut être très dangereux dans la vie sauvage.

Deux espèces de poissons abyssaux ont surmonté ce problème. Jusqu'à récemment, on n'a pas capturé d'exemplaires de ces deux espèces, et on les croyait à tort.

L'un d'eux est le poisson Dolichopteryx longipes, sur lequel on disait qu'il avait quatre yeux. Mais quand il a été capturé, les chercheurs ont découvert la particularité de leurs yeux. Il n'a pas quatre yeux, mais deux. Les deux autres organes ogivaux sont des miroirs. Ces miroirs dirigent la lumière vers la rétine afin qu'ils puissent voir ce qu'ils ont en bas. "Ils dirigent la lumière à la vue réelle, il est très intelligent. De cette façon, le champ de capture s'élargit, car il a la possibilité de voir le supérieur et le inférieur », affirme la biologiste Miren Bego Urrutia, professeur et chercheuse en physiologie animale de l'UPV.

Ce poisson est le premier vertébré à avoir développé des miroirs dans les yeux pour concentrer la lumière et contrôler l'orientation vers un point focal particulier. Cependant, la technique que vous utilisez pour créer le miroir n'est pas nouvelle: il utilise des plaquettes de verre organique dans de nombreuses couches, comme beaucoup de poissons font avec les écailles.

L'autre cas est celui de Macropinna microstoma. Depuis qu'il a été décrit en 1939, il a été un mystère, avec une tête transparente qui croyait qu'il ne pouvait voir avec ses yeux le supérieur. Mais un exemplaire a été récemment tourné par les chercheurs de l'Aquarium de la Baie Monterrey. Puis ils ont vu que le poisson est capable de se déplacer les yeux comme ils voulaient, et qu'il n'est pas collé sur la tête vers le haut. C'est ce qui explique que la tête est transparente, elle a les yeux à l'intérieur de la tête !

Potentiel d'avantage

Tous les signes indiquent que la capacité de détecter la lumière est apparue dans l'explosion des cellules. Selon les experts, le prédateur est alors apparu, de sorte que tout avantage pourrait être déterminant pour la survie. « Un processus photorécepteur a d'abord eu lieu : il doit y avoir un pigment, la lumière doit exciter ce pigment, ce qui provoquera une quinade nerveuse », explique Urrutia.

Urrutia précise que ce processus apparaît dans tous les groupes d'animaux: "On croit que l'évolution des yeux a été répétée, mais le point de départ serait la photoréception du tout". En fait, des scientifiques de l'Institut Max Planck étudient les débuts de l'évolution oculaire. Selon eux, le ver aquatique Platynereis dumerilii est l'espèce la plus proche de la formation des yeux. Il a quatre taches oculaires formées par deux cellules: un photorécepteur et une cellule de pigmentation. Les experts de Max Planck croient que lorsqu'il détecte la lumière, un signal électrique déplace le ver vers la lumière.

De là, l'environnement a imposé les besoins et donc les différentes façons de voir. Ainsi, la réception est devenue vision.

Dans les yeux capables de créer une image, les plus simples ressemblent à la caméra sombre, comme ceux de Nautilus. Ce mollusque n'a pas changé depuis des millions d'années et ses yeux sont des plus anciens. "Il n'a pas de lentilles. Par un petit trou, la lumière pénètre, ce qui crée une image inversée à l'arrière, comme le faisaient les premières caméras », explique Urrutia.

Mais à moindre profondeur et hors de la mer, les besoins changent. Il y a plus de lumière et plus de prédateurs. Ainsi, certains arthropodes et mollusques ont des yeux de plus grand champ visuel, des yeux composés. Les abeilles en sont un exemple. Les yeux composés sont formés par des groupes d'yeux simples. Chaque œil simple est un omatide, une unité optique. Chacun d'eux reçoit une partie du champ récepteur. Les zones réceptrices de chaque unité sont jointes et l'image en mosaïque est obtenue. Ils peuvent être de grands yeux avec une teneur élevée en omatides; plus l'œil est grand, plus le champ visuel est large.

Parmi les vertébrés sont apparus les yeux qui produisent des images haute résolution: les yeux de l'appareil photo. Ils sont similaires aux appareils photo actuels, avec des lentilles de réfraction et de concentration et avec l'iris comme diaphragme.

L'exemple le plus connu pour l'être humain est celui de l'être humain, mais pas le plus parfait. La vision humaine a plusieurs imperfections: « Tout d'abord, les problèmes normaux de vision humaine (myopie, astigmatisme...) seraient mortels dans la vie sauvage », explique Urrutia. D'autre part, les cellules photoréceptrices humaines sont situées à l'envers. La lumière doit parcourir tout le globe oculaire pour atteindre la rétine, où se trouvent les photorécepteurs. En outre, les cellules ganglionnaires qui forment le nerf optique sortent par la voie de la lumière, générant un point aveugle. Ce serait comme passer les câbles devant l'objectif de l'appareil photo. Cependant, le point aveugle est compensé par la vision binoculaire et la partie manquante est formée par le cerveau.

Perception des couleurs

La perception des couleurs est également différente d'une espèce à l'autre. La lumière n'arrive pas partout et les yeux se sont adaptés selon les besoins.

"Les photopigments sont capables de différencier les couleurs. Dans les vertébrés, cela se produit dans les cônes », dit Urrutia. La rétine contient des cônes et des bâtons, des cellules photoréceptrices sensibles à la lumière. "Les photopigments des bâtons, étant tous du même type, fournissent uniquement des informations sur l'intensité". Les bâtons fonctionnent bien dans l'obscurité car ils sont très sensibles à la lumière. Mais les cônes ont besoin de beaucoup de lumière, donc dans l'obscurité, vous ne pouvez pas voir la couleur.

Ne voyant aucune couleur dans l'obscurité, les animaux de la nuit n'ont pas besoin de beaucoup de cônes et ont beaucoup de cannes. Ainsi, ils sont capables de les voir la nuit, mais en général ils voient moins de couleurs pendant la journée. Ceux du jour doivent différencier les couleurs: trouver de la nourriture, chercher un partenaire, voir rapaces... Ils ont donc moins de cannes et plus de cônes.

Par exemple, les humains ont trois types de cônes: la vision trichromatique. Un cône entoure le rouge, l'autre le bleu et l'autre le vert. Cela permet de voir une large gamme de couleurs.

Pendant longtemps, on a cru que les chiens le voient en noir et blanc, mais les dernières études ont montré qu'ils ont une vision similaire à celle de l'homme, avec une gamme plus réduite de rouges et verts.

La plupart des animaux ont deux types de cônes: vision dichromatique. Et les animaux de la nuit, comme les ratons laveurs et les oeufs, le voient en noir et blanc. Sa vision est monochrome.

Le besoin dépasse parfois des limites qui semblent insurmontables. Par exemple, les abeilles et certains oiseaux doivent recevoir des informations sur les fleurs pour survivre. Par conséquent, ils ont quatre types ou plus de cônes qui sont capables de détecter également les ultraviolets. « Nous n'avons pas de photopigment pour le voir, explique Urrutiak-, mais les caractéristiques qui nous passent inaperçues peuvent être attrayantes pour les abeilles, car les fleurs peuvent leur envoyer des informations importantes. »

Dans les écosystèmes durs comme le désert, il est impossible de chasser la plupart des prédateurs de jour. En sortant la nuit, certaines espèces de serpents utilisent l'infrarouge pour détecter le barrage. Cependant, ils ne détectent pas la lumière, mais la chaleur. Ils détectent l'infrarouge avec des trous du visage, puis l'information s'intègre à la vue, créant quelque chose comme l'image. "Ils ont fait des expériences avec les serpents à castagnettes d'Amérique centrale. La nuit, dans le désert, en abaissant les températures, les souris et les lapins sortent des bûchers. Les serpents sont capables de détecter la chaleur et de la localiser très efficacement », a déclaré Urrutia.

Cependant, les limites du spectre visible sont très similaires à celles de la vision humaine. Ce que les humains voient est la partie la plus importante du spectre qui nous vient du Soleil. La partie de grande longueur d'onde est filtrée par les vapeurs d'eau atmosphériques. Une autre partie est filtrée par l'ozone. Les filtres ne sont pas entièrement efficaces et passent quelques rayons. Mais les infrarouges ont peu d'énergie pour la réception photoréceptée. Les ultraviolets, quant à eux, ont trop d'énergie et brisent les molécules qui l'absorbent ». Par conséquent, les limites physiques sont insurmontables, même si certains animaux sont capables de distinguer plus de couleurs entre eux.

Vous pouvez penser que voir plus de couleurs, avoir vision nocturne, avoir plus de champ visuel ou plus de rigueur sont des avantages. Mais avec quoi ? Selon Urrutia, « chaque animal vit dans des conditions. La bonne chose à ces conditions est cela. Certains ont des adaptations spéciales, mais ils ne sont pas comparables aux autres ». En définitive, ce qui suppose un avantage pour une espèce peut être un inconvénient pour une autre.