Comment les animaux voient-ils dans l'obscurité?

Par une nuit sans lune, les niveaux de lumière peuvent être plus de 100m fois plus faible que dans la lumière du jour. Pourtant, alors que nous sommes presque aveugles et tout à fait impuissants dans l'obscurité, les chats sont en proie à la traque, et les mites volent agilement entre les fleurs sur nos balcons.

Pendant que nous dormons, des millions d'autres animaux dépendent de leur système visuel pour survivre. Il en va de même pour les animaux qui habitent les ténèbres éternelles de la mer profonde. En fait, l'écrasante majorité des animaux du monde sont principalement actifs dans la pénombre. Comment leur formidable performance visuelle est-elle possible, surtout chez les insectes, avec de petits yeux et des cerveaux inférieurs à la grosseur d'un grain de riz? Quelles stratégies optiques et neurales ont-elles évolué pour leur permettre de voir si bien dans une faible lumière?

Pour répondre à ces questions, nous avons tourné notre attention vers les insectes nocturnes. En dépit de leurs systèmes visuels diminutifs, il s'avère que les insectes nocturnes voient étonnamment bien dans la faible lumière. Au cours des dernières années, nous avons découvert que les insectes nocturnes peuvent éviter et se fixer sur les obstacles pendant le vol, distinguer les couleurs, détecter les mouvements faibles, apprendre des repères visuels et utilisez-les pour le référencement. Ils peuvent même s'orienter en utilisant le faible diagramme de polarisation céleste produit par la luneet naviguez en utilisant les constellations de Les étoiles dans le ciel.

Dans de nombreux cas, cette performance visuelle semble presque défier ce qui est physiquement possible. Par exemple, l'abeille nocturne sud-américaine, Megalopta genalis, absorbe seulement cinq photons (particules légères) dans ses minuscules yeux lorsque les niveaux de lumière sont à leur plus bas - un signal visuel minuscule. Et pourtant, au beau milieu de la nuit, il peut naviguer dans la forêt tropicale dense et enchevêtrée lors d'un voyage de recherche de nourriture et la ramener en toute sécurité à son nid - un bâton évidé discret suspendu dans le sous-bois de la forêt.

Pour découvrir comment ce type de performance est possible, nous avons récemment commencé à étudier les hawkmoths nocturnes. Ces beaux insectes - les colibris du monde des invertébrés - sont des mites lisses et rapides qui sont constamment à la recherche de fleurs chargées de nectar. Une fois qu'une fleur est trouvée, la mite se trouve devant elle, aspirant le nectar à l'aide de sa trompe, un tube en forme de bouche.

L'éléphant nocturne européen, Deilephila elpenor, est une créature magnifique enveloppée dans des écailles roses et vertes plumeuses et fait tout son nectar se rassemblant dans les morts de la nuit. Il y a quelques années, nous avons découvert que ce papillon pouvait distinguer les couleurs la nuit, le premier animal nocturne connu pour le faire.

Mais cette mite a récemment révélé un autre de ses secrets: les astuces neurales qu'elle utilise pour bien voir dans une lumière extrêmement faible. Ces astuces sont certainement utilisées par d'autres insectes nocturnes comme Megalopta. En étudiant la physiologie des circuits neuronaux dans les centres visuels du cerveau, nous avons découvert que Deilephila peut voir de manière fiable dans la pénombre en ajoutant efficacement les photons qu'il a recueillis à partir de différents points dans l'espace et le temps.

Pour le moment, c'est un peu comme augmenter le temps d'obturation sur une caméra dans la pénombre. En permettant à l'obturateur de rester ouvert plus longtemps, plus de lumière atteint le capteur d'image et une image plus lumineuse est produite. L'inconvénient est que tout ce qui bouge rapidement - comme une voiture qui passe - ne sera pas résolu et que l'insecte ne pourra pas le voir.

Sommation neurale

Pour ajouter ensemble des photons dans l'espace, les pixels individuels du capteur d'image peuvent être regroupés pour créer des "super pixels" moins nombreux mais plus grands (et donc plus sensibles à la lumière). Encore une fois, l'inconvénient de cette stratégie est que même si l'image devient plus claire, elle devient aussi plus floue et les détails spatiaux plus fins disparaissent. Mais pour un animal nocturne qui cherche à voir dans le noir, la possibilité de voir un monde plus brillant, plus grossier et plus lent, sera probablement meilleure que de ne rien voir du tout (ce qui serait la seule alternative).


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Notre travail physiologique a révélé que cette sommation neuronale des photons dans le temps et l'espace est immensément bénéfique aux Deilephila. À toutes les intensités lumineuses nocturnes, du crépuscule à la lumière des étoiles, la sommation augmente considérablement DeilephilaLa capacité de voir bien dans la pénombre. En fait, grâce à ces mécanismes neuronaux, Deilephila peut voir à des intensités de lumière autour de 100 fois plus faible que ce qu'il pourrait autrement. Les avantages de la sommation sont si grands que d'autres insectes nocturnes, comme Megalopta, très probablement compter sur elle pour bien voir dans la pénombre ainsi.

Le monde vu par les insectes nocturnes peut ne pas être aussi pointu ou aussi bien résolu dans le temps que celui vécu par leurs parents actifs le jour. Mais la sommation garantit qu'elle est assez brillante pour détecter et intercepter les partenaires potentiels, pour poursuivre et capturer des proies, pour naviguer vers et depuis un nid et pour négocier des obstacles pendant le vol. Sans cette capacité, elle serait aussi aveugle que le reste d'entre nous.

A propos de l'auteur

Eric Warrant, professeur de zoologie, L'Université de Lund

Cet article a été publié initialement le La Conversation. Lis le article original.

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