En rassemblant des données sur la vision de centaines de vertébrés et d’invertébrés, les biologistes de l’U of A ont approfondi la compréhension des scientifiques de la vision animale, y compris les couleurs qu’ils voient.
Ces chercheurs ont déterminé que les animaux adaptés à la terre sont capables de voir plus de couleurs que les animaux adaptés à l’eau. Les animaux adaptés aux habitats terrestres ouverts voient une gamme de couleurs plus large que les animaux adaptés aux forêts.
Cependant, l’histoire de l’évolution – principalement la différence entre les vertébrés et les invertébrés – influence de manière significative les couleurs qu’une espèce voit. Les invertébrés voient des longueurs d’onde de lumière plus courtes que les vertébrés.
Le doctorant en sciences biologiques Matt Murphy et la professeure adjointe Erica Westerman ont récemment publié ces résultats dans Actes de la Royal Society B: Sciences biologiques. Leur article, « L’histoire évolutive limite la capacité des espèces à faire correspondre la sensibilité aux couleurs à la lumière disponible de l’habitat », explique comment l’environnement, l’évolution et, dans une certaine mesure, la composition génétique influencent la façon dont les animaux voient les couleurs et les couleurs qu’ils voient.
« Les scientifiques ont longtemps émis l’hypothèse que la vision des animaux a évolué pour correspondre aux couleurs de la lumière présente dans leur environnement », a déclaré Westerman. « Mais cette hypothèse est difficile à prouver, et il y a encore tellement de choses que nous ne savons pas sur la vision animale. La collecte de données pour des centaines d’espèces d’animaux vivant dans un large éventail d’habitats est une tâche monumentale, surtout si l’on considère que les invertébrés et les les vertébrés utilisent différents types de cellules dans leurs yeux pour transformer l’énergie lumineuse en réponses neuronales. »
La capacité d’un animal à détecter des informations visuelles dépend des longueurs d’onde et de l’intensité de la lumière dans un environnement donné. La quantité et la sensibilité à la longueur d’onde d’une famille de protéines rétiniennes, appelées opsines, régissent le spectre de la lumière qu’un animal voit, de l’ultraviolet à la lumière rouge lointaine.
Cependant, les invertébrés et les vertébrés utilisent des opsines phylogénétiquement distinctes dans leurs rétines, et les chercheurs n’ont pas déterminé si ces opsines distinctes influencent ce que les animaux voient ou comment ils s’adaptent à leur environnement lumineux.
Murphy et Westerman ont rassemblé des données de vision pour 446 espèces d’animaux couvrant quatre phylums. L’un de ces embranchements contenait des vertébrés, des animaux qui ont une colonne vertébrale, comme les poissons et les humains. Le reste de ces embranchements contenait des animaux qui étaient des invertébrés, ceux qui n’ont pas de colonne vertébrale, comme les insectes, les calmars et les méduses.
L’étude des chercheurs a montré que même si les animaux s’adaptent aux environnements, leur capacité d’adaptation peut être physiologiquement limitée. Alors que les vertébrés et les invertébrés utilisent largement le même type de cellule, les opsines, pour voir, ils construisent ces cellules différemment. Cette différence physiologique – ce que les biologistes appellent les opsines ciliaires chez les vertébrés et les opsines rhabdomériques chez les invertébrés – pourrait expliquer pourquoi les invertébrés sont meilleurs pour voir la lumière à courte longueur d’onde, même lorsque l’habitat devrait sélectionner pour que les vertébrés voient également les courtes longueurs d’onde de la lumière.
Cependant, la différence pourrait être due à des mutations génétiques stochastiques survenant chez les vertébrés mais pas chez les invertébrés, a déclaré Westerman. Ces mutations pourraient également limiter la portée de la lumière dans la vision des vertébrés.
« Notre étude répond à certaines questions importantes », a déclaré Murphy, « mais elle génère également plus de questions qui pourraient nous aider à mieux comprendre la vision des animaux. Nous pouvons faire plus pour évaluer les différences dans la structure des rétines des vertébrés et des invertébrés, ou comment leurs cerveaux gérer les informations visuelles différemment. Ce sont des questions passionnantes.
Matthew J. Murphy et al, L’histoire évolutive limite la capacité des espèces à faire correspondre la sensibilité des couleurs à la lumière disponible de l’habitat, Actes de la Royal Society B: Sciences biologiques (2022). DOI : 10.1098/rspb.2022.0612