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L'œil et la vision des vertébrés : du rapace au caméléon

Dossier - L'œil : la vision au-delà de la vision
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L'œil est notre principal organe de communication avec l'extérieur, il est complexe. Proche de l'œil de seiche, il dérive des mêmes gènes que l'œil de mouche… Découvrons son anatomie, ses pathologies, la vision des vertébrés et des invertébrés ou encore d'où viennent les larmes et les couleurs de l'iris.

  
DossiersL'œil : la vision au-delà de la vision
 

Chez les vertébrés, les yeux sont tous construits selon le même schéma que nous verrons en détail dans le chapitre suivant. Mais l'acuité visuelle n'est pas la même selon les espèces. L'aigle est connu pour sa vue perçante, le chat a une bonne vision nocturne, et l'homme possède la faculté de voir les couleurs dans toutes leurs nuances.

Pygargue à queue blanche. © Kathy2408, Pixabay, DP

L'acuité visuelle dépend de plusieurs facteurs

  • La quantité de lumière
  • La position des yeux sur la tête et le champ visuel
  • La perception du mouvement
  • La couleur
  • Le pouvoir séparateur de l'œil
  • L'accommodation dont l'œil est capable
  • Le traitement de l'information

L'acuité varie en fonction du milieu dans lequel les espèces vivent, de la rapidité avec laquelle elles se déplacent, des proies qu'elles doivent chasser et des prédateurs auxquels elles doivent échapper.

Prenons l'œil humain : c'est un excellent généraliste qui s'adapte à pratiquement toutes les situations terrestres (sous l'eau, notre cristallin peut déformer pour accommoder mais notre vision est floue). Sensible à la netteté, à la résolution, aux contrastes et aux mouvements, il convient à une vision proche, éloignée et nocturne. Cette polyvalence est d'ailleurs une qualité qui lui est propre. Mais il n'affiche pas de performance particulière...

L'œil humain, un regard expressif. © Reproduction et utilisation interdites

Pour l'homme, « la nuit, tous les chats sont gris ». Contrairement à l'homme, le chat et le chien ont une excellente vision nocturne non seulement à cause de sa rétine mais aussi parce que sa pupille est capable de beaucoup se dilater et ils possèdent une membrane réfléchissante derrière la rétine, le tapetum lucidum, qui permet de capter la moindre parcelle de lumière. C'est ce qui fait briller les yeux lorsqu'ils sont éclairés de nuit par une source lumineuse. Leur palette de couleurs tournerait autour des verts pour les chiens. Le chat, lui, serait dichromate sensible au bleu et au vert.

L'œil bleu cristal d'un chat. © Reproduction et utilisation interdites

À l'opposé du chat, l'œil de l'aigle est adapté à la détection de proies de jour et à grande distance. Sa rétine doit pouvoir fournir une image très précise d'un objet éloigné. Son globe oculaire est relativement gros, et sa rétine comporte beaucoup de cellules sensibles à la couleur. L'aigle a donc une excellente vision de jour, il accommode rapidement et facilement. Mais, dès que la luminosité diminue, sa perception visuelle baisse rapidement.

L'aigle possède une acuité visuelle impressionnante. © Reproduction et utilisation interdites

Chez les animaux strictement nocturnes, comme les chouettes ou les hiboux, la pupille est ronde et large, très dilatée, ce qui permet à l'œil de capter le plus de lumière possible la nuit. Elle est par ailleurs en fente, ce qui lui permet de mieux se fermer qu'une pupille ronde en cas de lumière intense.

Le hibou grand-duc et son regard scrutateur. © Reproduction et utilisation interdites

Les autres oiseaux ont une perception des coloris très développée, et semblent d'ailleurs régler leur comportement sur la couleur plus que sur la forme ou le mouvement. Les oiseaux, comme beaucoup d'autres animaux, ont un champ de vision très large parce que leurs yeux sont disposés sur les côtés de la tête. C'est souvent le cas : il faut voir arriver le prédateur !

L'échasse, une espèce à la vision nocturne. © Christian König, reproduction et utilisation interdites

La musaraigne et l'écureuil seraient, comme nous sensibles au bleu, au vert et au rouge. La souris et le rat auraient une bonne vision nocturne, mais une mauvaise perception des couleurs.

Crocidure, un petit animal. © Christian König, reproduction et utilisation interdites

Pour le lièvre et le lapin, la vision rapprochée a peu d'utilité, en revanche, comme il est une proie potentielle pour des prédateurs terriens ou aériens, il lui est très utile d'avoir une vision globale. Son champ de vision est de 360°. Même si sa vision est floue, elle lui permet de détecter les mouvements d'où qu'ils viennent... Le lapin ferait bien la différence entre le bleu et le vert.

Le lapin possède une vision quasi circulaire. © Christian König, reproduction et utilisation interdites

Les taureaux ne voient pas le rouge et ne sont donc pas attirés par la couleur de la cape, mais par le mouvement de cette dernière lors de la corrida ! le rouge est ici utilisé comme signe rituel pour l'homme.

Comment voit le poisson-chat ? © Christian König, reproduction et utilisation interdites

Chez les autres vertébrés, les poissons verraient toutes les couleurs mais n'auraient pas une bonne vision nocturne. Certains prédateurs, comme la truite, ont un champ de vision de 180°.

Œil de turbot : les deux yeux sont du même côté, le turbot étant un poisson plat, l'œil de dessous s'est déplacé. Il en est de même chez la sole par exemple. © Reproduction et utilisation interdites

Chez les reptiles, on sait que la tortue différencie le bleu, le vert et l'orange et que le lézard distingue le jaune, le rouge, le vert et le bleu...

Le caméléon, un cas particulier

Tiré d'un article de Matthias Ott, paru dans La Recherche No 277, juin 1995, vol 26

Le jet de sa langue pour attraper les proies est si rapide, de l'ordre de 5 m/s qu'il ne peut corriger le tir en chemin, il doit donc avoir localisé sa proie avec exactitude... mais il « tire » à des distances très importantes de 2 ou 3 fois sa propre taille ! Ses yeux bougent indépendamment l'un de l'autre ce qui lui permet l'immobilité qui réduit le risque d'être repéré. Une fois la proie repérée, les deux yeux convergent mais on a pu prouver que l'évaluation de la distance peut se faire avec un seul œil. Il fait une véritable mise au point mais comment ?

Habile chasseur, le caméléon possède deux yeux globuleux aux mouvements indépendants. © Philippe Mespoulhé, reproduction et utilisation interdites

Pour effectuer des mises au point sur des distances pareilles, l'œil devrait se déformer considérablement de 4 à 33 dioptries en gros (dioptrie = inverse de distance focale en mètre !). Ce chiffre est de loin le plus élevé des animaux terrestres... L'ajustement, en plus, s'effectue extrêmement vite à environ 60 dioptries par seconde ! Décidément, c'est étrange...

L'œil du caméléon est paradoxalement très myope de 12 dioptries, à savoir que l'image se forme donc en avant de la rétine de 0,8 mm. La cornée a un très petit rayon de courbure et un fort pouvoir réfractif. La présence du cristallin, convexe devrait accroître la myopie du caméléon, mais non... chez le caméléon le cristallin est divergent !

Caméléon de face, on voit bien l'orientation différente des deux yeux sur cette image. © Philippe Mespoulhé, reproduction et utilisation interdites

L'avantage est double :

  • le pouvoir négatif du cristallin au repos accroît les capacités d'accommodation ;
  • la combinaison de lentille positive (cornée) et négative (cristallin) entraîne une augmentation de la longueur focale donc la formation d'une image plus grosse (téléobjectif). En effet, le foyer est en arrière de la rétine.

Une fois la densité maximale de récepteurs photosensibles atteinte, il n'y a que l'agrandissement de l'image qui peut améliorer le pouvoir de résolution de l'image. Les animaux qui ont une bonne acuité visuelle ont en général de grands yeux, le caméléon détient aussi un record dans ce domaine. D'autre part, plus le grossissement de l'image et l'acuité visuelle augmentent chez une espèce, plus le pouvoir de réfraction du cristallin diminue alors que celui de la cornée s'amplifie. Chez le caméléon, on a un record avec un cristallin « négatif » et une cornée 15 % plus positive que chez un poulet de même taille !

Pour terminer, certains animaux comme les langoustes, les poissons rouges et les truites, les abeilles, les tortues, les hirondelles et les pigeons perçoivent les UV. À l'autre extrémité du spectre de la lumière, les rayons infrarouges sont imperceptibles pour l'Homme, mais la chaleur émise par leurs proies peut être captée par certains serpents.

Tout ceci est encore à prendre avec prudence, de nombreuses recherches restent à faire !

La formation de l'œil au cours du développement

L'œil des vertébrés dérive de formations issues des feuillets embryonnaires :

La formation de la structure complexe de l'œil fait appel à un grand nombre de mécanismes embryologiques, en particulier à une cascade d'inductions.

La neurulation permet la formation d'un tube nerveux dorsal chez le vertébré. Ce tube nerveux est à l'origine du système nerveux central. Au niveau du diencéphale apparaissent deux expansions latérales : ce sont les vésicules optiques. L'épiderme situé à leur contact s'épaissit, se différencie et s'invagine en vésicule cristallienne. Dans le même temps, la vésicule optique se replie en une cupule optique, qui se ferme progressivement en sphère.

Embryologie de l'œil : (1) Bourgeonnement de la vésicule optique à partir du diencéphale. (2) et (3) Mise en place de la cupule optique et de la placode cristallinienne. (4) et (5) Mise en place de la rétine et du cristallin.

Après différenciation, la vésicule cristallinienne donne le cristallin, et la cupule optique donnera la rétine et le nerf optique. L'ectoderme qui avait recouvert la vésicule cristallinienne se différencie en cornée.