Par une nuit sans lune, les niveaux de lumière peuvent être 100 millions de fois inférieurs à la lumière du jour. Et si nous sommes pratiquement aveugles et complètement impuissants dans l'obscurité, les chats réussissent à retrouver leurs proies et les papillons volent agilement entre les fleurs sur nos balcons. Pendant que nous dormons, des millions d'autres animaux dépendent de leur système visuel pour survivre. La même chose peut être dite pour les animaux qui vivent dans les ténèbres éternelles de la mer profonde. De plus, la grande majorité des animaux dans le monde sont principalement actifs dans la pénombre. Comment parviennent-ils à utiliser des caractéristiques visuelles aussi puissantes, en particulier les insectes, avec leurs petits yeux et leur cerveau à moins d'un grain de riz? Quelles stratégies optiques et neuronales ont-ils développées pour bien voir dans la pénombre?
Pour répondre à ces questions, tournons notre attention vers les insectes nocturnes. Malgré leurs petits systèmes visuels, les insectes nocturnes voient parfaitement dans la pénombre. Ces dernières années, nous avons découvert que les insectes nocturnes peuvent éviter et se verrouiller sur les obstacles pendant le vol, distinguer les couleurs, détecter les mouvements faibles, apprendre des repères visuels et les utiliser pour se diriger. Ils peuvent même naviguer en utilisant la faible image de polarisation stellaire créée par la Lune et naviguer en utilisant les constellations d'étoiles dans le ciel.
Dans de nombreux cas, cette performance visuelle semble carrément perturbatrice par rapport à ce qui est physiquement possible. Par exemple, l'abeille nocturne d'Amérique centrale, Megalopta genalis, n'absorbe que cinq photons avec ses petits yeux lorsque les niveaux de lumière sont à leur plus bas, un signal visuel complètement insaisissable. Et pourtant, dans la nuit profonde, il peut naviguer dans la forêt tropicale dense et emmêlée tout en se nourrissant et retourner en toute sécurité à son nid - un bâton évidé discret suspendu dans les broussailles.
Pour découvrir comment cela est même possible, les scientifiques ont commencé à étudier les papillons de nuit. Ces beaux insectes - les colibris du monde des invertébrés - sont représentés par des papillons gracieux et volant rapidement, qui recherchent constamment des fleurs avec du nectar. Une fois la fleur trouvée, le papillon plane devant elle, suçant le nectar à travers sa trompe, un tube oral.
La teigne de l'épervier nocturne européenne Deilephila elpenor est une belle créature cachée dans des écailles plumeuses roses et vertes, recueillant le nectar au milieu de la nuit. Il y a plusieurs années, les scientifiques ont découvert que ce papillon pouvait distinguer les couleurs la nuit, le premier animal nocturne connu pour cela.
Ce papillon a récemment révélé un autre de ses secrets: les astuces neuronales qu'il utilise pour bien voir dans une lumière très faible. Ces astuces sont bien entendu également utilisées par d'autres insectes nocturnes comme le Mégalopta. En étudiant la physiologie des circuits nerveux dans les centres visuels du cerveau, les scientifiques ont découvert que Deilephila peut bien voir dans une faible lumière, empilant efficacement les photons qu'elle recueille à différents points de l'espace et du temps.
C'est un peu comme augmenter la vitesse d'obturation d'un appareil photo en basse lumière. Si vous laissez l'obturateur rester ouvert plus longtemps, plus de lumière atteindra le capteur d'image et obtiendra une image plus lumineuse. L'inconvénient est que tout ce qui bouge rapidement - comme une voiture qui passe - n'obtiendra pas la permission, donc l'insecte ne le verra pas.
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Sommation neuronale
Pour combiner des photons dans l'espace, les pixels individuels d'un capteur d'image peuvent être regroupés pour créer des «superpixels» plus petits mais plus grands. Encore une fois, l'inconvénient de cette stratégie est que même à haute luminosité, l'image sera floue et manquera de détails nets. Mais pour un animal nocturne qui essaie de vivre dans l'obscurité, être capable de voir un monde lumineux mais dépourvu de détails et lent sera mieux que de ne rien voir du tout (et c'est la seule alternative).
Les physiologistes ont montré que la sommation neurale des photons dans le temps et dans l'espace est extrêmement bénéfique pour la deylephila nocturne. Quelle que soit l'intensité de la lumière nocturne, du crépuscule aux étoiles, la sommation augmente considérablement la capacité du déilephil à bien voir dans la pénombre. En fait, grâce à ces mécanismes neuronaux, les déilephilas peuvent voir dans une lumière 100 fois plus faible qu'elles ne le feraient autrement. Les avantages de la sommation sont si grands que d'autres insectes nocturnes aussi, en dépendent très probablement pour une bonne vision nocturne.
Le monde vu par les insectes nocturnes n'est peut-être pas aussi émouvant ou résolu que celui vu par leurs parents diurnes actifs. Mais l'empilement garantit qu'il est suffisamment lumineux pour intercepter les proies, voler vers le nid et éviter les obstacles. Sans cette capacité, ils seraient aussi aveugles que le reste d'entre nous.
ILYA KHEL
