Written by Nancy Miorelli

Les yeux sont des structures remarquables qui ont évolué indépendamment au moins trois fois. L’avantage le plus évident des yeux est qu’ils nous aident à comprendre le monde qui nous entoure en absorbant ce qui est essentiellement des données, que nos cerveaux décodent ensuite pour nous dire qu’il y a un bus qui arrive et qui s’éloigne.

Eh bien, la chose à propos de l’évolution est qu’elle ne doit pas fonctionner parfaitement – juste assez bien, comme votre élève de C parfaitement moyen. L’efficacité globale et les modifications ultérieures de l’œil composé sont très bien résumées par Nilsson.

Ce n’est qu’une petite exagération de dire que l’évolution semble mener une bataille désespérée pour améliorer un design fondamentalement désastreux.

Nilsson 1989

Ainsi, l’avantage que l’œil composé donne à la mouche est que la mouche peut voir. Il permet à la mouche de savoir si quelque chose vient vers elle, où la mouche est positionnée dans son environnement, ce qui s’y trouve, et indique à la mouche qu’elle se déplace par rapport à d’autres choses.

Mais je suppose que ce n’est pas * vraiment * ce que la question pose. Alors, débarrassons-nous de quelques choses avant de parler de ce que font les yeux composés et des modifications que les mouches leur ont apportées au fil des ans.

1. L’évolution n’est pas pointilleuse sur la façon dont les choses se font. Ainsi, les organes de détection de la lumière surgissent et restent car les organismes qui en ont sont généralement moins morts que les choses qui n’en ont pas.
2. C’est, bien sûr, si l’organisme a besoin de voir. Les yeux sont généralement les premières choses à disparaître si vous vivez dans des grottes. Ou si vous êtes une mouche qui investit ses premiers jours face à des cadavres en décomposition.
   

   Je suis une mouche et rien de plus qu’un système digestif respiratoire.
   PC: CedricDW (CC by SA 3.0)

3. Il n’y a pas que les mouches qui ont des yeux composés. Tous les insectes qui ont des yeux ont des yeux composés. De nombreux insectes trichent et ont à la fois de simples récepteurs de détection de la lumière et des yeux composés.
   

   Ce Dobsonfly a à la fois des yeux et des ocelles composés. (Neuroptera: Corydalidae)
   PC: Nancy Miorelli

4. Il existe environ 150 000 espèces de mouches vraies décrites (Diptères), le nombre total d’espèces de mouches étant estimé à environ 240 000. Donc, cela va être très généralisé et n’englobe pas du tout tous les organismes.

Parlons donc de l’œil composé et de la façon dont les insectes et spécifiquement les mouches l’ont adapté à des besoins spécifiques.

L’œil composé n’a rien à voir avec l’œil humain. Nous avons deux globes oculaires et dans chacun d’eux, nous avons une lentille qui focalise l’image sur notre rétine. Les cônes nous aident à voir la couleur et les tiges nous aident à voir dans l’obscurité. Le nerf optique est le câble qui va du globe oculaire – le centre de données – à notre cerveau – l’interprète. Il est difficile de parler de la résolution de l’œil humain pour de nombreuses raisons (ce que Vsauce explique ci-dessous). Fondamentalement, la résolution est plutôt bonne et, tout bien considéré, ne nécessite pas beaucoup d’espace physique pour produire.

L’œil composé est composé de nombreuses ”omatidies », les unités de base de l’œil de l’insecte. Chacun est un peu comme un globe oculaire dans le fait qu’il a une lentille qui concentre la lumière et a des pigments (opsins) pour détecter la couleur. Un avantage de ce système est que l’image est projetée dans chaque sideatidum côté droit vers le haut, contrairement à nos yeux. Les insectes aux grands yeux globuleux ont pratiquement une vue panoramique du monde à 360 degrés et n’ont pas besoin de tourner la tête pour avoir une idée de leur environnement. Cette configuration, pour la plupart des insectes, supprime les angles morts évidents et fait partie de la raison pour laquelle les mouches peuvent vous voir venir et esquiver vos tentatives de frappe infructueuses.

Les mouches Améliorent un Mauvais système

La résolution de l’œil composé est obtenue de différentes manières.

1. Vous pouvez simplement ajouter plus d’unités. C’est essentiellement ce que la libellule a fait avec les plus de 30 000 omatidies qu’elle possède. Certains insectes souterrains n’en ont que 20.
2. Vous pouvez créer des unités plus grandes.
3. Vous pouvez modifier vos unités. Cela a été fait dans quelques groupes et il y a certainement des compromis.

Les mouches qui dépendent fortement de leur vision, pour la plupart, ont profité de toutes les options. Les mouches domestiques (Musca domestica) ont une quantité modérée d’matidies, mais les mâles ont plus d’ omatidies (~ 3 500) que les femelles (~ 3 400) et des yeux plus grands, ce qui suggère que la vision joue un rôle important dans la détermination du partenaire. En fait, ce modèle est facilement visible chez deux autres familles de mouches, les Mouches à chair (Sarcophagidae) et les Mouches à soufflage (Calliophoridae). Les mouches domestiques se trouvaient à l’extrémité inférieure du spectre, certaines limes se rapprochant des ~ 5 500 abeilles mellifères d’ omatidia. Bien que ce ne soit pas les 30 000 que possèdent les libellules, chaquematidium d’une Mouche Domestique, d’une Mouche de Chair ou d’une mouche Soufflée est plus grand que celui d’une libellule. De plus, ils ont encore beaucoup plus que les 2 000 cafards américains et les 800 que possède la Drosophile. Nous allons donc appeler cela un bon terrain d’entente.

Toutes les mouches ont un rhabdom dans chaquematidium. C’est essentiellement ce que fait le « voir” chez un insecte. La lumière est focalisée à travers la lentille et sur le rhabdom et les photopigments sont stimulés. Dans la plupart des yeux d’insectes, chaquepixelatidium agit comme un seul « pixel” que l’insecte peut voir. Bien que ce ne soit pas réellement un « pixel”, pour plus de simplicité, cela fonctionne comme une assez bonne analogie. Les vraies mouches (les diptères de l’ordre) ont leur rhabdom divisé en sept parties. C’est un système assez compliqué, mais fondamentalement, les mouches peuvent augmenter leur résolution d’un facteur 7 sans augmenter la taille de leur œil.

Le point à retenir est que les yeux composés sont une mauvaise conception pour la résolution car pour en obtenir plus, il faut prendre beaucoup de place. Et l’espace n’est pas une marchandise sur un petit animal comme un insecte, donc les insectes doivent devenir rusés.

Lignes de visée

Les insectes ne peuvent pas se concentrer sur les objets en changeant la forme de leur lentille ou la position de leur lentille, ils doivent donc se rapprocher ou s’éloigner pour voir les choses clairement. Ils sacrifient la perception de la profondeur et la capacité de se concentrer pour voir beaucoup de choses (vision grand angle) et percevoir le contraste. Par conséquent, quelque chose appelé acuité visuelle est très important. Fondamentalement, plus leur acuité visuelle est grande, plus l’insecte peut voir de détails sur un objet. De toute évidence, plus vous pouvez voir de détails, mieux c’est. Certains insectes sont aux limites maximales de leur résolution, ils ont donc d’autres astuces astucieuses dans leurs manches. C’est là que les lignes de vue entrent en jeu.

Certains insectes ont besoin d’une acuité visuelle élevée pour s’accoupler ou pour attraper des proies. Par conséquent, certaines zones de leurs yeux sont allouées pour voir les choses avec une plus grande acuité tout en sacrifiant la qualité d’image d’autres parties de leurs yeux. Les libellules ont une grande acuité visuelle sur le dessus et le milieu de leurs yeux. Cela les aide à attraper leur proie. Les mouches mâles, en plus d’avoir des yeux plus gros, ont des zones d’acuité plus spécialisées que leurs homologues femelles. Une mouche en vol stationnaire en particulier (Syritta pipiens) peut voir la femelle à une distance où elle ne peut pas le voir. Il la traque littéralement. Les mouches ne sont pas connues pour être romantiques.

La vision est l’Art de Voir Ce qui est Invisible pour les autres ~ Johnathon Swift

Les humains sont plutôt doués pour voir les couleurs. Nous pouvons voir environ 10 millions de couleurs différentes avec trois types de cônes. Les insectes et les crustacés utilisent des opsines pour détecter la lumière. Les crevettes mantes ont 16 opsines et on pensait auparavant détenir le record du monde, pouvant voir des milliards de couleurs, jusqu’à ce que certaines libellules se replient. Certaines espèces de libellules ont plus de 30 opsines, mais nous sommes incertains de leur capacité spécifique à distinguer les couleurs. En utilisant la crevette mante, les capacités de différenciation des couleurs de l’œil composé sont en cours de réexamen. La grande question ici est: « pourquoi est-il important de voir toutes ces couleurs différentes?”. Dans ces deux cas, ces animaux sont des prédateurs rapides et doivent être capables de distinguer les choses comestibles des choses non comestibles. La discrétion rapide des couleurs est importante, mais peut-être que déterminer la différence entre #75D1FF et #83D6FF ne l’est pas. En fait, si ces deux n’étaient pas étiquetés et qu’on vous montrait un à la fois, pourriez-vous faire la différence? Techniquement, vos yeux le peuvent, mais pas votre cerveau, surtout si vous n’avez pas de mots pour décrire les différentes couleurs.

D’accord, certains yeux composés peuvent (probablement) distinguer plus de couleurs que nous, mais de nombreux insectes sont aveugles à la lumière rouge et orange. Cependant, les insectes peuvent voir la lumière UV alors que nous ne le pouvons pas. Leur résolution peut être pire que la nôtre, mais ils peuvent voir des longueurs d’onde UV nocives et dommageables. Ceci est utilisé par les pollinisateurs (dont beaucoup sont des pollinisateurs comme les mouches volantes!) pour naviguer vers les fleurs et pour des signaux d’accouplement complexes, mais peut également les conduire à leur mort. Les insectes peuvent également voir la lumière polarisée, et beaucoup l’utilisent pour naviguer et pour s’accoupler.

Vision nocturne

Les insectes complètement nocturnes ont modifié la structure de l’œil composé. Normalement, l’intérieur de l’ omatidium est tapissé de cellules pigmentaires. Cela empêche la lumière de s’infiltrer dans l’matida adjacente. Habituellement, c’est bien parce que plus la lumière pénètre, plus votre résolution abat les tubes. Mais les insectes volants de nuit n’ont pas ces cellules pigmentaires, donc la lumière inonde l’ omatidie ce qui leur permet de percevoir plus la nuit mais à une résolution plus faible. De plus, alors que le rhabdom se trouve généralement juste sous les structures d’unemitidie chez les insectes volants de jour, chez les insectes volants de nuit, le rhabdom est déconnecté et séparé par une zone claire. Cela permet à la lumière de l’matidie adjacente de stimuler un rhabdom pour faire une meilleure image.

De nombreux petits moucherons et moustiques sont crépusculaires, ce qui signifie qu’ils volent à l’aube et au crépuscule, mais les mouches ont généralement des modifications oculaires pour gambader au soleil. Normalement, ils n’auraient pas de chance de voir une fois que le soleil a plongé sous l’horizon, mais les mouches ont ce rhabdom divisé à 7 voies. Cela les aide à voler dans des conditions de faible luminosité car les 7 parties du rhabdom sont séparées et agissent de manière similaire aux rhabdoms séparés de l’ omatidie par la zone claire. Spécifiquement pour les moucherons et les moustiques, cela leur donne environ 15 minutes supplémentaires avant l’aube et après le coucher du soleil. Cela ne semble pas beaucoup pour nous, mais cela leur donne une petite fenêtre pour essaimer, s’accoupler et se nourrir sans être incroyablement visible pour les prédateurs.

Quelques modifications bizarres

Le plus souvent observé chez les libellules (mais certaines mouches l’ont aussi), la partie supérieure de l’œil est d’une couleur plus foncée que le reste de l’œil. Cela a été suggéré qu’il agit comme une paire de lunettes de soleil et protège leurs yeux de la lumière directe du soleil. Il a également été suggéré pour les libellules et les hiboux, que cette tache sombre aide l’insecte à voir ses proies voler contre le ciel bleu.

Empruntant les lunettes de soleil de Kanye West:

Beaucoup de mouches ont des motifs de couleurs fous sur les yeux. Nous ne sommes pas sûrs du but exact. Pour certains, cela peut jouer un rôle dans l’accouplement. Les mouches à cheval (Tabanidae) l’utilisent probablement comme filtre de couleur pratique. Les mouches à cheval sont des mangeoires de sang et les choses qu’elles attaquent sont de grandes, volumineuses, des mangeoires d’herbe qui sont généralement entourées de beaucoup de végétation. En ayant les yeux verts, les mouches à cheval mettent effectivement des lunettes vertes qui font apparaître le fond gris et leurs hôtes se détachent de l’arrière-plan.

Gardez-le, Si c’est sexy:

Parfois, l’évolution se fiche de savoir si vous pouvez voir et c’est seulement important à quel point vous êtes sexy. C’est ce qui est arrivé à la mouche aux yeux de tige. Les tiges scandaleuses que les mâles transportent entravent réellement leurs capacités de vol, mais ils peuvent toujours voir relativement bien.

TL;DR

Les yeux composés ne sont pas vraiment les plus grands car il est difficile de compenser la faible résolution. Cependant, les insectes et les mouches ont spécifiquement des astuces assez astucieuses pour compenser. Les yeux composés ne laissent pas vraiment les insectes voir la lumière rouge ou orange, mais les insectes peuvent voir bien dans la plage UV et même utiliser la lumière polarisée pour la navigation.

1. Belušič G, Pirih P, Stavenga DG. Œil de superposition aigu et très sensible au contraste – la chevêche diurne Libelloides macaronius. Le Journal de biologie expérimentale 216: 2061-2088.

2. Blamires SJ, Hochuli DF et Thompson MB. 2008. Pourquoi traverser la toile: propriétés spectrales de décoration et capture de proies dans une toile d’araignée orbe (Argiope keyserlingi). Journal biologique de la Société linnéenne 94 (2): 221-229.

3. Bybee SM, Yuan F, Ramstetter MD, Llorente-Bousquets, Reed RD, Osorio D, Briscoe AD. 2012. Les photorécepteurs UV et les pigments UV-jaunes des ailes chez les papillons Heliconius permettent à un signal de couleur de servir à la fois le mimétisme et la communication intraspécifique. Le naturaliste américain 179 (1).

4. Evangelista C, Kraft P, Dake M, Labhart T, Srinivasan MV. 2014. Navigation des abeilles: examen critique du rôle de la boussole de polarisation. Les Transactions philosophiques de la Société Royale B. 370 (1665): DOI 10.1098 / rstb.2013.0037.

5. Futahashi R, Kawahara-Miki R, Kinoshita M, Yoshitake K, Yajima S, Arikawa K et Fukatsu T. 2015. Extraordinaire diversité des gènes d’opsine visuelle chez les libellules. PNAS DOI 10.1073/ pnas.1424670112.

6. Klowden MJ. 2007. Systèmes physiologiques chez les insectes. ISBN: 978-0-12-415819-1

7. Terre MF. 1997. Acuité visuelle chez les insectes. Revue annuelle d’entomologie 42:147-77.

8. Lunau K et Knüttel H. 1995. Vision à travers les yeux colorés. Naturalwissenschaften 82 (9): 432-434.

9. Michielsen K, Raedt HD et Stavenga DG. 2010. Réflectivité des cristaux biophotoniques gyroïdes dans les écailles des ailes ventrales du Papillon Porte-cheveux vert, Callophrys rubi. L’interface de la Société Royale 12 (105) : DOI 10.1098/rsif.2009.0352.

10. Morrison J. 2014. La super vision des couleurs de la crevette mante démystifiée. Nouvelles de la nature DOI: 10.1038.nature.2014.14578.

11. Nilsson DE. 1989. Optique et évolution de l’œil composé. Dans Facettes de la vision, ed DG Stavema, RC Hardie pp 30-75. Berlin : Springer.

12. Ozgen E, et Davies IRL. 1997. Les catégories linguistiques affectent-elles la perception des couleurs? Une comparaison de la perception anglaise et turque du bleu. Perception 26 ECVP.

13. Ribak G et Hirondelle JG. 2007. Manœuvres de vol libre des mouches à tiges  » les tiges oculaires ont-elles un effet sur le comportement de rotation aérien? Journal of Comparative Physiology A Neuroethology, Sensory, Nuerual, and Behavioral Physiology 193 (10): 1065-1079.

14. Stavenga DG. 2002. Couleur dans les yeux des insectes. Journal de Physiologie comparée. A, Neuroéthologie, Physiologie Sensorielle, neurale et comportementale 188 (5): 337-348.

15. Sukontason KL, Chaiwong T, Piangjai S, Upakut S, Moophayak K et Sukontason K. 2008. matidia de la mouche de coup, de la mouche de maison, et de la mouche de chair : implication de leur efficacité de vision. Recherche en parasitologie 103:123-131.

16. Thoen HH, Comment MJ, Chiou TH, Marshakk J. 2014. Une Forme différente de Vision des couleurs chez la Crevette Mante. Science 343 (6169): 411-413.

17. Winawer J, Witthoft N, Frank MC, Wu L, Wade AR, Boroditsky L. 2007. Le blues russe révèle les effets du langage sur la discrimination des couleurs. PNAS 104 (19): 7780-7785.’