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Le défaut des yeux qui permet de voir mieux… la profondeur

Les araignées sauteuses chassent à vue avec deux yeux principaux performants qui ont une structure assez particulière composée de 4 couches. L'on pensait que cela leur permettait de produire une image nette depuis 3 cm — ∞ sans mécanisme d'accommodation. Ce qu'une étude récente montre est bien plus surprenant : l'aberration chromatique produirait un flou différencié en profondeur qui permet leur perception de la distance ! Il se trouve que la perception de la profondeur repose chez ces araignées sur la lumière verte, et les chercheurs ont pu produire un degré de flou différent en éclairant des mouches avec une lumière rouge qui focalise à une profondeur différente dans la rétine. Les araignées ont alors raté leur cible en sautant 10% trop près.

Les araignées ne voient pas bien... sauf certaines !

En général les araignées ont une vision assez médiocre. Beaucoup chassent en "écoutant" les vibrations de leur toile avec les pattes. Elles ont plusieurs (généralement 8) yeux simples (plutôt que composés comme les insectes).

Pourtant les araignées sauteuses ou saltatrices chassent à vue et ont deux yeux principaux performants (cf Fig 1) dont la structure est similaire aux nôtres avec une lentille et une rétine.

Fig 1: les araignées saltatrices ont deux yeux performants.  [ img ] source Youngsteadt, Elsa. (2012) Science/AAAS.

Blest, A. D., et al. (1981) avait déjà déterminé que ces yeux antérieurs médians (AM) ont une structure assez particulière chez les salticidés , composée de 4 couches, et de deux types de photorécepteurs ("verts" sensibles autour de 520 nm, et "ultraviolet" (UV) avec une sensibilité max vers 360 nm). La distance entre les couches correspond à l'aberration chromatique de la lentille équivalente (indice de réfraction 1.4): si la lumière verte d'un objet est focalisée  sur la couche I (proximale), les UV seront focalisés sur la couche IV (et III), distales.  Cf le wiki Evergreen Spiders and scorpions"

Fig 2: les araignées saltatrices ont deux yeux performants.  [ img ] source Evergreen edu  ici 

Il n'y a pas de mécanisme d’accommodation par déplacement ou modification du cristallin, mais une structure en escalier de la couche I qui permet selon Blest de produire une image nette depuis 3 cm — ∞, avec un mouvement de balayage des rétines.

L'aberration chromatique

L'aberration chromatique découle du fait que les rayons lumineux sont déviés différemment (les violets et bleus plus que les rouges)  lors du changement d'indice de réfraction sur les faces des lentilles .

Fig 3 : Les rayons lumineux sont déviés différemment selon leur couleur (longueur d'onde). Donc un contraste noir-blanc produit une image avec un liseré coloré    [ img ] source : http://www.aucoeurdelaplanete.com



Fig 4 L'aberration chromatique produit des défauts en photographie : cf les franges bleues et rouges sur cette image Les objectifs sont en général corrigés.  [ img ] sourcehttp://tpe-microscopie.byethost15.com

Une erreur optique que l'araignée utilise pour déterminer la distance de ses proies

Ce qu'une étude récente (Nagata, T.,et al. (2012) montre est bien plus surprenant : cette aberration chromatique serait la base de leur perception de la distance ( profondeur optique) !  En effet si l'image d'un objet est nette sur une couche de la rétine, il est flou sur une autre.  Cela parait être un défaut, mais en fait permet de mesurer la distance à laquelle se trouve l'objet !
Les chercheurs ont montré que la perception de la distance se fait dans les couches I et II qui sont sensibles au vert :  Nagata, T.,et al. (2012) montrent que c'est justement le degré de flou sur la couche II qui détermine la distance (Cf figure 5).
Puisque la perception de la profondeur repose sur la lumière verte, et les chercheurs ont pu produire un degré de flou différent en éclairant avec une lumière rouge qui focalise à une profondeur différente dans la rétine.


Fig 5: Un objet net en lumière verte sur une des couches de la rétine est flou dans une autre couche. En éclairant en rouge la scène les chercheurs conduisent les araignées à sauter systématiquement trop près  [ img ] source Science/AAAS


Ainsi éclairer avec une lumière rouge fait sauter les araignées systématiquement trop près de 10% environ. Cf la vidéo ici  3-D Vision for Tiny Eyes

De l'utilité d'un handicap ?

Pour Duane Harland, une spécialiste de la vision des araignées en Nouvelle-Zélande,  ces résultats expliquent l'utilité d'une image floue sur la rétine, mais montrent qu'un animal d'un demi-centimètre de long avec un cerveau plus petit que celui d'une mouche peut gérer une information visuelle complexe pour agir avec efficacité.  Comment ces araignées traitent l'information est encore un mystère.

Fig 6: Une araignée sauteuse genevoise qui a bien voulu s'abstenir de me sauter dans l'objectif (peut-être que le stage au frigo que je lui ai imposé a aidé à la convaincre ?) [ img ] source F.Lombard

Encore une fois la diversité que certains auraient envie d'appeler "défauts" a permis une adaptation remarquable... A quand l'autofocus adapté des salticides.

Sources :

• Blest, A. D., Hardie, R. C., McIntyre, P., & Williams, D. S. (1981). The spectral sensitivities of identified receptors and the function of retinal tiering in the principal eyes of a jumping spider. Journal of comparative physiology, 145(2), 227‑239. doi: 10.1007/BF00605035
  
• Dumas, C. (2012) La vision de la profondeur chez l’araignée sauteuse. (s. d.). sciencesetavenir.nouvelobs.com. Consulté 19 avril 2013, à l’adresse http://sciencesetavenir.nouvelobs.com/nature-environnement/20120130.OBS0119/la-vision-de-la-profondeur-chez-l-araignee-sauteuse.html
• Herberstein, M. E., & Kemp, D. J. (2012). A Clearer View from Fuzzy Images. Science, 335(6067), 409‑410. doi: 10.1126/science.1216887
  
• Nagata, T., Koyanagi, M., Tsukamoto, H., Saeki, S., Isono, K., Shichida, Y., … Terakita, A. (2012). Depth Perception from Image Defocus in a Jumping Spider. Science, 335(6067), 469‑471. doi: 10.1126/science.1211667
  
• Youngsteadt, Elsa. (2012). 3-D Vision for Tiny Eyes . ScienceNow 26 January 2012,
  

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