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Les yeux, dans leur diversité de forme et de structure, permettent à un organisme, quel qu’il soit (invertébrés et vertébrés), de collecter l’énergie lumineuse (photons), de la convertir en énergie électrique qui sera ensuite transmise au cerveau via des neurones où elle sera analysée et interprétée pour donner naissance à une représentation mentale de l’environnement à l’animal lui permettant de se déplacer, de repérer une proie ou un partenaire sexuel.

Zoom sur une ommatidie d’une mouche (Source : Université du Minnesota)

Cependant, l’oeil des arthropodes est différent de celui des vertébrés tant au niveau de son anatomie que de son mode de fonctionnement : constitués de plusieurs sous-unités similaires, les ommatidies (voir infographie ci-contre), ils sont appelés yeux composés. Cette série de trois articles essaie d’apporter une synthèse générale sur la vision chez les insectes : 1) Anatomie et structure des yeux ; 2) Vision et perception du mouvement ; 3) Physiologie des récepteurs et mécanismes de régulation de la sensibilité à la lumière.

La description anatomique et structurelle des ommatidies, sous-unités de l’oeil composé des insectes, ayant fait l’objet d’un premier article, celui-ci est consacré à la formation de l’image, et à la perception de la distance et du mouvement.

I) Formation de l’image

La formation de l’image dépend des propriétés optiques de la lentille cornéale et des cônes cristallins de l’ommatidie (lire article sur l’anatomie). Ces deux structures, d’indice de réfraction différent, dévient les ondes lumineuses lorsque celles-ci les traversent.

Les yeux composés des insectes sont de deux types : apposition et superposition (lire article sur l’anatomie).

  • Type apposition

La principale, voire la seule surface réfractante, est la lentille cornéale, parfois les cônes cristallins comme chez les lépidoptères.

Formation de l'image : a) dans un oeil composé de type apposition, la lentille formant une image inversée de l'objet, b) dans un oeil composé de type superposition, les rayons lumineux sont réfractés à l'intérieur de la lentille

Figure 1 : Formation de l’image : a) dans un oeil composé de type apposition, la lentille formant une image inversée de l’objet, b) dans un oeil composé de type superposition, les rayons lumineux sont réfractés à l’intérieur de la lentille (Source : The Insects : Structure and Function – R.F. Chapman – 5ème Edition (2013) – p716 – Modifié par B. GILLES)

La présence de cellules cornéales, également appelées cellules pigmentaires secondaires, canalise la lumière vers le rhabdome de l’ommatidie. Chaque ommatidie fonctionne de ce fait de manière indépendante et produit une image inversée de l’objet du champ visuel dont le centre se situe à la pointe du rhabdome (union des rhabdomères de chaque cellule photoréceptrices) (lire article sur l’anatomie) (Figure 1). Ainsi, dans chaque ommatidie, le rhabdome reçoit une image d’intensité globale variant en fonction de la quantité de lumineuse. Les rhabdomes transmettent collectivement une image en mosaïque constituée de la contribution de chaque ommatidie. Bien qu’entrainant une perte des détails de l’image puisque l’ensemble des cellules photoréceptrices partagent le même champ visuel, ce mécanisme permet à l’insecte de maximiser la quantité de lumière entrant dans le rhabdome.

  • Type superposition

Ces yeux se différencient principalement des yeux appositions par : (suite…)

Un grand nombre d’espèces animales ont développé la capacité à estimer et à déterminer la distance des objets et la profondeur de champ en combinant et en analysant l’information visuelle provenant de l’image perçue par chacun de leurs yeux sous un angle différent : c’est la vision stéréoscopique (aussi appelée 3D). Cette faculté leur procure un avantage certain dans la perception de leur environnement, à la fois pour le déplacement et la capture des proies.

Pour obtenir une image 3D précise, les yeux doivent être positionnés sur un même plan à l’avant de la tête : une organisation que l’on retrouve chez les espèces prédatrices comme les félins ou les rapaces nocturnes, ou également chez les primates.

Autant le fonctionnement de la vision stéréoscopique chez les vertébrés est aujourd’hui bien décrit et compris, autant celui des invertébrés, comme les insectes, demeure lacunaire en raison de la difficulté à mener des expérimentations à leur échelle.

Les deux lignées divergeant phylogénétiquement depuis des centaines de millions d’années, il est probable que le fonctionnement du système visuel des insectes soit fondamentalement différent de celui des vertébrés. Il est donc intéressant de découvrir les différentes solutions mises en place par la sélection naturelle chez ces espèces en réponse à une même contrainte adaptative, compte tenu de la relative simplicité du système nerveux des insectes.

Lunettes 3D placés sur les yeux composés d'une mante-religieuse

Lunettes 3D placés sur les yeux composés d’une mante-religieuse (Source : Gizmodo)

Pour répondre à ces interrogations, une équipe de scientifique anglais et français, menée par Vivek Nityananda de l’Institut de Neuroscience de Newcastle, a entrepris en 2015 des expérimentations consistant à créer un cinéma 3D pour mantes-religieuses !

Après avoir fixé des lunettes 3D sur les yeux composés des insectes (lire cet article) avec de la cire d’abeille (voir photo ci-contre), les scientifiques ont fait défiler des (suite…)