Sens lumineux

La vision est utilisée par les animaux pour déterminer la disposition de leur environnement, et ce sens est donc particulièrement important pour la locomotion. Chez les animaux dont les yeux ont une bonne résolution, la vision peut être utilisée pour identifier les objets à partir de leur apparence géométrique; cependant, cela nécessite un cerveau sophistiqué du type de celui que l’on trouve chez les vertébrés, les mollusques céphalopodes tels que les poulpes et les arthropodes supérieurs, tels que les abeilles et les araignées sauteuses. Toute vision, ou photoréception, repose sur des photorécepteurs qui contiennent une molécule spéciale de détection de la lumière connue sous le nom de rhodopsine. La rhodopsine détecte le rayonnement électromagnétique – lumière avec des longueurs d’onde comprises entre 400 et 700 nanomètres (1 nm = 10−9m). Certains animaux peuvent détecter le rayonnement infrarouge (longueurs d’onde supérieures à 700 nm); par exemple, certains serpents utilisent le rayonnement infrarouge pour localiser leurs proies à sang chaud, et certains coléoptères peuvent l’utiliser pour détecter les feux de forêt. Cependant, les animaux qui détectent les longueurs d’onde dans l’infrarouge le font avec des récepteurs qui détectent la chaleur ou l’expansion mécanique, plutôt qu’avec des photorécepteurs.

La molécule de rhodopsine des photorécepteurs est constituée d’une protéine appelée opsine qui chevauche la membrane cellulaire avec sept hélices. Ceux—ci forment une structure avec une cavité centrale qui contient un groupe chromophore, qui chez l’homme est appelé rétinien – l’aldéhyde de la vitamine A. Lorsque la rétine absorbe un photon de lumière, elle change de configuration (de la forme courbée 11-cis à la forme droite tout-trans), déclenchant une série de réactions moléculaires qui conduisent, en quelques millisecondes, à un changement du flux d’ions à travers la membrane cellulaire. Chez les vertébrés, la lumière provoque la fermeture des canaux sodiques, alors que chez la plupart des invertébrés, la lumière entraîne l’ouverture des canaux sodiques. L’une des fonctions de la molécule d’opsine est de « régler » le groupe chromophore pour répondre à une gamme particulière de longueurs d’onde. Ainsi, différentes opsines avec différentes séquences d’acides aminés permettent à un organisme d’avoir des récepteurs avec des réponses spectrales différentes; c’est la base de la vision des couleurs. Chez l’homme, les bâtonnets, utilisés pour la vision nocturne et sensibles aux photons uniques, sont au maximum sensibles à la lumière bleu-vert (496 nm), et les trois classes de cônes, qui médient la vision des couleurs en plein jour, sont au maximum sensibles à la lumière bleue (419 nm), verte (531 nm) et rouge (558 nm). Chez les abeilles, qui ont également une vision des couleurs, les trois maxima sont décalés vers des longueurs d’onde plus courtes — ultraviolet (344 nm), bleu (436 nm) et vert (556 nm). Les récepteurs ultraviolets se trouvent également chez les oiseaux et les poissons.

De nombreux invertébrés ont la capacité de voir et d’analyser la lumière polarisée. La polarisation résulte de la diffusion atmosphérique et de la réflexion sur des surfaces lisses telles que l’eau. En lumière polarisée, tous les photons ont leurs champs électriques qui vibrent dans le même plan ; cela peut être détecté par les photorécepteurs si les molécules sont correctement alignées. La structure de microvillus en saillie des récepteurs d’invertébrés rend cela possible. De nombreux insectes utilisent la polarisation pour déterminer la direction du Soleil lorsque le ciel est couvert, et d’autres l’utilisent pour détecter les surfaces d’eau.

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Les systèmes optiques des yeux décomposent la lumière en fonction de sa direction d’origine et forment ainsi des images qui peuvent être utilisées pour la navigation et la reconnaissance de formes. Il existe environ 10 façons de former des images, y compris des trous d’épingle, des lentilles et des miroirs. Parmi ceux-ci, les yeux « de type caméra » à chambre unique des vertébrés et des céphalopodes ont la meilleure résolution. L’œil humain peut résoudre des rayures espacées de 1 minute d’arc (1/60 de 1°); c’est beaucoup mieux que l’œil composé d’une abeille, qui peut résoudre des objets espacés d’environ 2,8 ° à 5,4 °.