Comment fonctionne la vision des animaux

La nature nous a doté d’un appareil visuel extraordinaire. Pour nous autres être humains, notre but premier est de voir le mieux possible. Après tout, pour la majorité des études scientifiques, nous utilisons notre corps comme point de référence. Il est d’usage, et c’est bien naturel, de partir de la vision humaine pour la confronter à celle d’autres espèces animales.

Anatomie et fonctionnement de l'œil humain

A. L'œil est un organe complexe, destiné à la réception des influx visuels. Ces deux chambres contiennent de l'humeur aqueuse. L'image d’un objet se forme sur la rétine, dans l’œil, et a toujours la même taille (environ 7mm). L'iris, en forme de disque, présente un élément central : la pupille. Il s'agit d'un diaphragme situé en avant du cristallin. Le cristallin joue un rôle essentiel dans les troubles de la vision et les pathologies de l'œil. C'est une lentille biconvexe qui est transparente (et donc non opaque). Il se situe entre l'iris et la chambre vitrée et est composé de fibres spécifiques. Le corps ciliaire est un composant qui intervient notamment dans la vision. Enfin, l'oeil possède exactement 6 muscles qui s'insèrent sur la sclérotique de l'œil.

La vergence C est l’inverse de la distance focale. focale image, notée f’, la distance séparant le centre optique du foyer image : . Grâce à deux types de cellules situées dans la rétine, l'œil est en mesure de capter la lumière et de transmettre l'information au cerveau qui va produire une image.

Phototransduction : bâtonnets et cônes

Les bâtonnets sont des récepteurs photosensibles capables de s'activer même lorsque la luminosité est faible : ils assurent la vision globale de jour comme de nuit. Les cônes, quant à eux, assurent la perception des couleurs et des détails et réagissent uniquement à la lumière du jour. D'une part, les bâtonnets, qui constituent environ 95% de ces cellules, soit au nombre de 120 millions, sont responsables de la vision nocturne, et ne sont sensibles qu'à la différence entre obscurité et lumière. Par contre, ils ont la plus grande sensibilité, et sont par cela adaptés à de faibles quantités de lumière. D'autre part, les cônes, cellules sensorielles plus grandes, forment le restant des photorécepteurs. Les cônes sont responsables de la vision diurne (de jour), et font la différence entre les couleurs.

Dans cette membrane se trouve une molécule la rhodopsine, elle-même composée d'une protéine liée à un petit dérivé de la vitamine le rétinal. en l'absence de lumière - à l'extérieur du cône, sont massées de grandes quantités d'ions sodium Na+. A l'intérieur, il y en a 10 fois moins. L'enveloppe du cône est percée de canaux capables de laisser entrer les ions sodium. Pour compenser cette entrée d'ions sodium, de petites pompes en rejettent régulièrement à l'extérieur du cône.

Lire aussi: Vision et prestations d'Abdellatif en automatisation

Perception des couleurs et trichromatie humaine

B. Tout d'abord, la vision se définit par le fait de percevoir à distance la forme et la couleur grâce aux radiations lumineuses qui pénètrent dans l'œil. En effet, notre œil est l’organe qui capte la lumière et la couleur. L’œil humain a une grande facilité d’adaptation aux lumières faibles et intenses. Au fond de l’œil, ce sont les bâtonnets rétiniens qui sont les plus sensibles aux faibles lumières, mais ils ne perçoivent pas la couleur. Ce sont donc les cônes qui perçoivent la couleur.

On peux également ajouté que la vision de l'homme est Trichromatique, c'est à dire basée sur 3 pigments : Le vert, le bleu, et le rouge. De plus, si les trois types de cônes (L, M et S) reçoivent la même quantité de lumière, l’œil voit du blanc ou du gris. Et, le fait de percevoir deux des trois couleurs ci-dessus (Vert, Bleu et rouge) peut créer une infinité de "nouvelles" couleurs tels que le jaune, le cyan etc. Ensuite, il faut également savoir que l'oeil ne peut percevoir que les couleurs comprises entre les longueurs d'ondes 400nm et 800nm.

Pour terminer, afin que la perception des couleurs soit nette et claire, l'oeil doit s'adapter à tout éventuel changement : C'est l'accomodation. Cela consiste simplement à un changement de vergence du cristallin, afin de rendre justement nette une image lorsque s'éloigne ou se rapproche.

Comparaison des visions animales : dichromatie, trichromatie, tétrachromatie

C. Nous avons dans ce début de partie étudié la façon dont l'oeil de l'être humain fonctionne, mais est-il le plus performant ? Comment fonctionne les yeux des différents animaux tels que les mammifères, les amphibiens ou encore les oiseaux ? Comme nous l'avons expliqué précédemment, l’œil humain fonctionne sur une base de trois couleurs : Le vert, le bleu et le rouge, qui permettent la création d'autres couleurs. Ainsi, l'oeil humain est appelé « Trichromatique » (Provenant du grec, signifiant trois couleurs).

Tout d'abord, il faut savoir que les primates africains et asiatiques, sont les seuls espèces a, tout comme l'être humain une vision trichromatique. Nous allons maintenant nous intéresser aux autres mammifères tels que le taureau. Ces derniers ont une vision dite « Bichromatique » puisqu'elle est basée sur deux couleurs : le vert et le bleu. C'est pourquoi, pour illustrer cela, nous allons prendre un exemple concret. Beaucoup pensent que le rouge est une couleur qui énerve le taureau, or, contrairement à ce que beaucoup pensent, cela est totalement faux, puisqu'il voit le rouge de la même façon qu'il voit le vert, et n'arrivent pas à les distinguer.

Lire aussi: Tout savoir sur la TVA intracommunautaire

Enfin, les espèces regroupant les amphibiens, les oiseaux, les poissons et les reptiles ont une vision, elle qui est basée sur 4 pigments ! En revanche les oiseaux, les tortues, les poissons sont tous tétrachromates (quatre types de cônes), voir pentachromates (cinq types). En revanche, elles perçoivent les ultraviolets. l'abeille a comme l'homme une vision trichromique. Mais au lieu d'être situés, comme dans les cônes des vertébrés, dans le bleu, le rouge et le vert, qui sont les trois couleurs primaires en optique, les maximums de sensibilités sont chez l'abeille situés dans l'ultraviolet, le bleu et le vert.

Adaptations à la vision nocturne

Notre vue est très performante quand il fait suffisamment clair : le monde est fait de myriades couleurs, de formes diverses, de mouvements. Mais nous avons l’impression de ne rien voir la nuit. Les espèces nocturnes voient beaucoup mieux que nous. L’intensité lumineuse à laquelle les humains sont encore capables de distinguer de la lumière est autour d’un lux. Or, les chats sont censés pouvoir voir à 0.125 lux (8 fois plus faible), les tarsiers à 0.001 lux (1000 fois mieux).

Mais comment font ces autres espèces pour mieux voir ? Les rétines des rats et des souris, rongeurs nocturnes par excellence, sont composées de 11 à 15 rangées de bâtonnets contre 5 à 6 rangées pour nous. Beaucoup de rongeurs nocturnes ont des cristallins relativement gros, remplissant presque entièrement le globe oculaire. Les chats possèdent également une couche réfléchissante placée derrière la rétine, appelée le « tapétum ». La rétine du chien, par exemple, compte bien plus de bâtonnets que celle de l’être humain. En prime, sa pupille se dilate davantage, ce qui lui permet de bien voir même en cas de faible source de lumière.

Avec leurs 150 millions de bâtonnets chacun, leurs yeux en font un redoutable chasseur nocturne. Pour protéger cet œil très sensible, la pupille se réduit en une mince fente en pleine lumière. S'il est bien adapté à la vision de nuit, l’œil du chat n’est pas très performant de jour et ne donne pas une image précise des objets. Il est aussi fortement myope. Il voit 5 fois moins bien que l’homme.

Variations d'acuité et spécialités : rapaces, insectes, serpents, poissons

Dans le cas d'un chasseur diurne, comme l'aigle royal par exemple, la rétine comporte beaucoup plus de cônes que de bâtonnets et fournit une image très précise d’un objet éloigné. Beaucoup d’oiseaux peuvent voir différemment. Les pigeons, par exemple, peuvent littéralement voir des millions de couleurs différentes et font partie des meilleurs animaux sur terre par leur faculté de détection de la couleur.

Lire aussi: le rôle de la vision du monde dans l'exercice du leadership

En raison de la structure segmentée de leur œil, les insectes voient des objets très différemment de ce que les humains perçoivent. Ils sont composés de nombreuses petites lentilles, ou ommatidies. Les insectes sont dotés de deux types de capteurs : des ocelles (appelés aussi yeux simples), sensibles à l’intensité lumineuse, et des yeux à facettes (ou yeux composés) qui regroupent un grand nombre de capteurs sensibles à la lumière (8000 chez l’abeille). Un œil à facettes d’abeille transmet au système nerveux 200 images par seconde, alors que l’œil humain transmet au cerveau 24 images seconde. Mais le plus intéressant des insectes est la libellule : son cerveau fonctionne si rapidement qu’elle perçoit la plupart des mouvements au ralenti.

Les serpents possèdent des membranes sensibles aux infrarouges. Des radiations infrarouges réchauffent la membrane de leurs fossettes. Les serpents ont deux paires d’yeux : les yeux qui détectent la couleur normalement et des fosses visuelles qui sont de véritables caméras thermiques permettant de voir les êtres vivants comme un détecteur infrarouge.

Sous l'eau, notre cristallin ne peut se déformer suffisamment, ce qui entraîne une vision floue. Chez les animaux aquatiques, la cornée n’intervient pas. Son cristallin est ovale, et, sous l'eau, la lumière passe par la pupille ventrale, traverse le cristallin et converge sur la rétine dorsale. Cela confirme que l'œil s'adapte au milieu dans lequel l'espèce évolue (le niveau de l'eau dans les mangroves peut être très bas).

Évolution de la vision chez les mammifères

L’hypothèse actuelle la plus communément acceptée (basée sur le « record fossile », la génétique et la morphologie comparative) suggère qu’au lieu de chercher obstinément une place au soleil (et se faire manger dans le processus), nos ancêtres ont choisi l’option totalement opposée, en adoptant un mode de vie nocturne. On estime donc que les dinosaures et autres reptiles étaient contraints à chasser seulement le jour, moment où nos ancêtres somnolaient paisiblement dans leur terrier. Suite à la disparition des dinosaures, la lignée des mammifères en a profité pour occuper les différentes niches dorénavant inoccupées et certaines espèces ont commencé à revenir vers un comportement diurne (nos ancêtres primates par exemple).

Dans les cellules différenciées matures, partout dans le corps et quel que soit l’organe en question, les noyaux présentent toujours à peu près le même aspect histologique : un centre clair et une périphérie plus foncée. Cette étude, réalisée au laboratoire de Dr. Boris Joffe à Munich et dont le premier auteur est le Dr. À l’opposé, les noyaux des bâtonnets des mammifères diurnes (le cochon, le cheval, l’écureuil ou l’homme) ont une organisation typique (euchromatine au centre, hétérochromatine à la périphérie). Pourquoi ne trouve-t-on cette organisation que chez les mammifères nocturnes et pas chez les autres vertébrés nocturnes, comme les hiboux, les geckos ou les grenouilles ?

Exemples concrets : chiens, chats, bovins, primates, abeilles

Le chien ne voit ni les jaunes, ni les rouges ni les bleus. Sa palette de couleurs tourne donc autour du vert. Mais il a une meilleure vision périphérique que la nôtre grâce, entre autres, à la position latérale de ses yeux. L'œil du chien compte beaucoup plus de bâtonnets que le nôtre. Et sa pupille étant capable d'une très forte dilatation, il voit clair même lorsque la lumière est de très faible intensité. De plus, il est doté d'une membrane réfléchissante derrière la rétine, le tapetum lucidum, qui capte la moindre parcelle de lumière.

La musaraigne et l’écureuil sont, comme nous, parfaitement trichromates, c’est-à-dire sensibles au bleu, au vert et au rouge. Les rongeurs ont une très bonne vision nocturne, mais une mauvaise perception des couleurs. Le lapin fait bien la différence entre le bleu et le vert. Le cheval distinguerait mieux certaines couleurs (jaune et vert) que d’autres (bleu et rouge). Les bovins ne voient pas le rouge. Ainsi, les taureaux ne sont pas attirés par la couleur de la cape, mais par son mouvement.

Chez les abeilles, les ouvrières possèdent 4500 facettes par œil tandis que la reine, dont la vision n’est pas réellement nécessaire, en possède 3500. Les abeilles ont une impressionnante capacité cognitive qui repose sur le photorécepteur vert et sur la vision achromatique.

Limites de notre compréhension et méthodes d'étude

On peut le savoir assez facilement : Si dans les yeux d’un animal il a des cônes, cela signifie qu’il voit certaines couleurs. Les scientifiques peuvent étudier les yeux d’un animal. Ils savent déterminer s’ils ont des cônes et mesurer quels rayons de couleur font réagir ces cônes. Ils savent aussi compter le nombre de cônes et voir où ils sont localisés dans la rétine. Mais en fait, que voit vraiment l’animal comme couleurs dans son cerveau ? La vision, comme chacun des sens, résulte de l’interprétation par le cerveau des signaux nerveux qui lui sont envoyés par les organes des sens. On sait dire quelles couleurs un animal détecte, mais on ne sait pas entrer dans sa tête et son cerveau pour vraiment savoir ce qu’il voit comme couleurs. Nous pouvons étudier les yeux des animaux, mais nous ne pourrons jamais savoir exactement ce que voient les différents animaux.

Applications expérimentales et pédagogiques

En effet, dans le but de mieux comprendre comment l'oeil agit afin de percevoir une image, ici, provenant d'une télévision par exemple, nous allons étudier le fonctionnement de l'oeil de l'être humain de manière approfondie. Pour se faire, nous allons émettre différentes explications accompagnées d'une expérience : la dissection d'un œil de boeuf. Cette expérience nous servira à comparer l'œil de l'humain avec celui du boeuf en regardant leur différences et leurs similitudes.

Ce TPE de 1ère scientifique fait une description complète du fonctionnement de la vision humaine (l'anatomie de l'oeil, la transformation de la lumière en molécules et le rôle du cerveau dans la vision) mais également une description des différentes caractéristiques visuelles de certains animaux comme le chat, l'aigle et même le vers de terre !

Quelques éléments de synthèse (tableau comparatif)

Etudier la vision des animaux démontre la complexité incroyable de la nature. Avoir une bonne vision ne signifie pas la même chose selon les espèces : certains voient très bien la nuit, d'autres discriminent une très large palette de couleurs, d'autres encore perçoivent l'ultraviolet ou l'infrarouge.

balises:

Articles populaires:

• Comprendre la SARL Gestion Plus
• Finance Islamique : Le cas de la BNA
• Avantages et Inconvénients du Statut
• Tout savoir sur le Festival Saveurs et Artisanat à Le Blanc-Mesnil
• Les relations franchiseur-franchisé et la franchise