Trouver de la nourriture dans le noir nécessite certaines compétences, surtout si vous êtes un faucon. Ces insectes sirotent le nectar de la fleur avec une longue partie de la bouche ressemblant à une paille géante, tout en planant dans l'air alors que leurs sources de nourriture balancent dans la brise.
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«Faire tout cela à la lumière, là où je ne pourrais pas voir la main devant mon visage, c'est un comportement assez remarquable pour un animal dont le cerveau est beaucoup plus petit qu'un pois», explique Simon Sponberg, neuromécanicien à Georgia Tech. Maintenant, Sponberg et ses collègues ont découvert que les colombes avaient adopté une astuce inhabituelle pour réaliser un tel exploit des sens: dans des conditions de faible luminosité, les insectes peuvent en réalité ralentir la façon dont leur cerveau traite la lumière. Bien que cela ait un coût - un temps de réaction plus lent -, les insectes se nourrissent principalement de fleurs qui se déplacent à la bonne vitesse.
«Ils évitent en fait un compromis, car ils ont la sensibilité supplémentaire de ralentir leurs systèmes visuels, mais ils ne ralentissent pas là où ils feraient vraiment mal à suivre les fleurs naturelles qui les intéressent», explique Sponberg. . "Ils sont très à l'écoute de leur environnement."
Les Hawkmoth ont des yeux composés de facettes appelées ommatidies. Celles-ci sont recouvertes de gaines qui courbent des longueurs d'ondes spécifiques de la lumière pour frapper de petits faisceaux de cellules nerveuses visuelles, qui envoient ensuite des signaux au cerveau. Le cerveau compile une mosaïque à partir de la richesse des signaux pour créer une image. Dans l'obscurité, la gaine se retire et l'œil absorbe autant de longueurs d'onde de lumière que possible.
"Le mécanisme est différent, mais l'effet est un peu comme si vous élargissiez l'ouverture d'un appareil photo", explique Sponberg. "Il collecte la lumière sur une plus grande région de l'espace", ce qui permet d'obtenir une image plus lumineuse. Cependant, cet effet n'est pas suffisant pour permettre au papillon de voir vraiment dans le noir. «Cela permet aux papillons de voir environ mille fois mieux que ce qu’ils pourraient normalement voir en termes de sensibilité à la lumière. Mais c'est insuffisant pour pouvoir voir la nuit », déclare Sponberg.
Certains neuroscientifiques ont suggéré que les insectes, qui se nourrissent principalement au crépuscule, pourraient en fait ralentir leur perception de la lumière, un peu comme ralentir la vitesse d'obturation d'une caméra pour exposer une image plus longtemps. «L'animal intégrerait la lumière plus longtemps, ce qui lui permettrait de capter plus de lumière et d'être plus sensible aux objets faiblement éclairés», explique Sponberg.
Pour enquêter, le laboratoire de Sponberg a créé des fleurs robotiques capables de se balancer à des vitesses contrôlées. L’équipe a surveillé la réaction des coliques pour les fleurs se déplaçant à différentes vitesses et à différents niveaux de luminosité. En calculant les temps de réaction des insectes, les chercheurs ont constaté que les mouvements des papillons de souris correspondaient aux modèles mathématiques du traitement lent du cerveau. En moyenne, les papillons ont réagi au mouvement floral de 17% plus lentement dans le noir. La capacité des papillons à suivre les fleurs qui se balançaient semblait plafonner à 2 Hertz, soit deux balancements par seconde. L’équipe rapporte aujourd’hui dans Science .
Vu d'en haut, un colomboïde se déplace avec une fleur robotique balancée pendant qu'il se nourrit. La vidéo a été ralentie quatre fois pour mieux voir le mouvement du papillon de nuit. (Sponberg Lab, Georgia Tech) Les chercheurs ne savent pas exactement quels neurones ralentissent le cerveau des insectes. Les papillons de nuit ne changent pas leur façon de bouger, donc les réglages de vitesse doivent avoir lieu dans la partie du cerveau qui contrôle la vision. "Ce n'est pas seulement à quelle vitesse ils peuvent voir, mais à quelle vitesse ils peuvent accélérer - la combinaison de la physique de leur cerveau et de la physique de leur corps", explique Sponberg.
La limite de vitesse des papillons de nuit est-elle donc arbitraire ou a-t-elle des implications réelles? L'équipe a sélectionné des fleurs fréquentées par des faucons. Dehors, ils ont enregistré des vidéos des fleurs en mouvement et ont suivi leur vitesse. Les fleurs ne se balancent pas à une vitesse constante et agréable. Cependant, l’équipe a constaté que les fleurs ne se déplaçaient pas plus vite que 2 Hertz au moins 90% du temps, qu’elles soufflent sur un côté ou se déplacent en va-et-vient.
Cette fois vue de côté, un faucon de foin suit une fleur robotique sous une lumière tamisée. Il était plus facile pour les papillons de suivre les fleurs aux mouvements plus lents. (Sponberg Lab, Georgia Tech) Lorsque ces papillons gorgent de nectar, ils pollinisent également la plante. Dans le jeu de la pollinisation, les images et les odeurs de certaines plantes ont souvent évolué pour se mettre au diapason des sens de leur pollinisateur préféré. Le nouveau travail suggère que la motion pourrait être tout aussi coordonnée. Mais que ce soit la fleur ou l'insecte qui fixe cette relation reste flou. «De toute façon, il serait difficile de prouver», note Eric Warrant, zoologiste à l'Université de Lund en Suède, qui a également écrit un article de perspective sur l'étude.
À terme, la compréhension de la vision et du vol des faucons pourrait avoir des applications en robotique, note Noah Cowan, ingénieur à l’Université Johns Hopkins. Les résultats pourraient «fournir des indices sur la manière de construire un meilleur système de contrôle ou de vol», explique-t-il.
Et du point de vue de la biologie fondamentale, «le fait que les papillons ralentissent juste assez pour réagir à la vitesse de déplacement des fleurs est vraiment cool et montre à quel point le cerveau des papillons est adapté à son environnement», ajoute Jessica Fox, une neuroscientifique chez Case Western Reserve qui n’était pas affilié à l’étude. De nombreux autres insectes doivent naviguer dans divers environnements lumineux, des mouches des fruits aux abeilles et aux guêpes nocturnes. Bien que ces insectes n'aient peut-être pas adapté leur traitement visuel de la même manière, il est possible que d'autres animaux utilisent des stratégies similaires.
"Le faucon est le premier animal dans lequel nous avons vu cette stratégie", dit Fox, "mais je parie que ce ne sera pas le dernier."
