Les biologistes s’interrogent depuis des décennies sur le paradoxe de la vision des pieuvres. Malgré leur peau brillamment colorée et leur capacité à changer rapidement de couleur pour se fondre dans le décor, les céphalopodes comme les pieuvres et les calmars ont des yeux dotés d’un seul type de récepteur de lumière – ce qui signifie essentiellement qu’ils ne voient que le noir et le blanc.

Pourquoi un mâle prendrait-il le risque de faire clignoter ses couleurs vives pendant une danse d’accouplement si la femelle ne peut même pas le voir – mais qu’un poisson voisin le peut et l’engloutit rapidement ? Et comment ces animaux pourraient-ils faire correspondre la couleur de leur peau à leur environnement comme camouflage s’ils ne peuvent pas réellement voir les couleurs ?

Une nouvelle étude montre que les céphalopodes pourraient en fait être capables de voir les couleurs – juste différemment de tout autre animal.

Leur secret ? Une pupille inhabituelle – en forme d’U, de W ou d’haltère – qui permet à la lumière de pénétrer dans l’œil à travers le cristallin depuis de nombreuses directions, plutôt que d’entrer directement dans la rétine.

Aberration chromatique

Les humains et les autres mammifères ont des yeux avec des pupilles rondes qui se contractent jusqu’à devenir des trous d’épingle pour nous donner une vision nette, avec toutes les couleurs concentrées au même endroit. Mais comme le savent tous ceux qui sont allés chez l’ophtalmologue, les pupilles dilatées non seulement rendent tout flou, mais créent des franges colorées autour des objets – ce qu’on appelle l’aberration chromatique.

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C’est parce que le cristallin transparent de l’œil – qui, chez l’homme, change de forme pour focaliser la lumière sur la rétine – agit comme un prisme et divise la lumière blanche en ses couleurs constitutives. Plus la zone pupillaire par laquelle la lumière entre est grande, plus les couleurs sont étalées. Plus la pupille est petite, plus l’aberration chromatique est faible. Les lentilles des appareils photo et des télescopes souffrent de la même manière d’aberration chromatique, c’est pourquoi les photographes réduisent la taille de leurs objectifs pour obtenir l’image la plus nette avec le moins de flou dans les couleurs.

Les céphalopodes, cependant, ont évolué vers de larges pupilles qui accentuent l’aberration chromatique et pourraient avoir la capacité de juger la couleur en mettant au point des longueurs d’onde spécifiques sur la rétine, de la même manière que des animaux comme les caméléons jugent la distance en utilisant la mise au point relative. Ils focalisent ces longueurs d’onde en changeant la profondeur de leur globe oculaire, en modifiant la distance entre la lentille et la rétine, et en déplaçant la pupille pour modifier son emplacement hors axe et donc la quantité de flou chromatique.

“Nous proposons que ces créatures puissent exploiter une source omniprésente de dégradation de l’image dans les yeux des animaux, transformant un bug en une caractéristique”, explique Alexander Stubbs, étudiant diplômé à l’Université de Californie, Berkeley. “Alors que la plupart des organismes évoluent pour minimiser cet effet, les pupilles en forme de U des pieuvres et de leurs parents calamars et seiches maximisent en fait cette imperfection de leur système visuel tout en minimisant les autres sources d’erreur d’image, brouillant leur vision du monde mais d’une manière dépendante de la couleur et leur ouvrant la possibilité d’obtenir des informations de couleur.”

Comment fonctionnent les pupilles en forme de U

Stubbs a eu l’idée que les céphalopodes pourraient utiliser l’aberration chromatique pour voir la couleur après avoir photographié des lézards qui s’affichent avec une lumière ultraviolette, et avoir remarqué que les caméras UV souffrent d’aberration chromatique. Il a fait équipe avec son père, Christopher Stubbs, professeur de physique et d’astronomie à l’université de Harvard, pour mettre au point une simulation informatique permettant de modéliser la manière dont les yeux des céphalopodes pourraient utiliser cette aberration pour percevoir les couleurs. Leurs résultats apparaissent dans les Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ils ont conclu qu’une pupille en forme de U comme celle des calmars et des seiches permettrait aux animaux de déterminer la couleur selon qu’elle est focalisée ou non sur sa rétine. Les pupilles en forme d’haltère de nombreuses pieuvres fonctionnent de manière similaire, puisqu’elles sont enroulées autour du globe oculaire en forme de U et produisent un effet similaire lorsqu’on regarde vers le bas. Cela pourrait même être la base de la vision des couleurs chez les dauphins, qui ont des pupilles en forme de U lorsqu’elles sont contractées, et les araignées sauteuses.

“Leur vision est floue, mais le flou dépend de la couleur”, explique Stubbs. “Ils seraient comparativement mauvais dans la résolution des objets blancs, qui reflètent toutes les longueurs d’onde de la lumière. Mais ils pourraient se concentrer assez précisément sur des objets de couleurs plus pures, comme le jaune ou le bleu, que l’on retrouve fréquemment dans les récifs coralliens, les rochers et les algues. Il semble qu’ils paient un prix élevé pour la forme de leur pupille, mais ils pourraient être prêts à vivre avec une acuité visuelle réduite pour maintenir le flou dépendant de la chromatique, ce qui pourrait permettre la vision des couleurs chez ces organismes.”

“Nous avons effectué une modélisation informatique approfondie du système optique de ces animaux, et nous avons été surpris de voir à quel point le contraste de l’image dépend de la couleur”, explique Christopher Stubbs. “Il serait dommage que la nature n’en tire pas profit.”

Pas assez de contraste

Alexander Stubbs a largement passé en revue 60 ans d’études sur la vision des couleurs chez les céphalopodes, et a découvert que, si certains biologistes avaient signalé une capacité à distinguer les couleurs, d’autres ont rapporté le contraire.

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Les études négatives, cependant, testaient souvent la capacité de l’animal à voir des couleurs unies ou des bords entre deux couleurs de même luminosité, ce qui est difficile pour ce type d’œil car, comme pour un appareil photo, il est difficile de faire la mise au point sur une couleur unie sans contraste. Les céphalopodes sont les meilleurs pour distinguer les bords entre les couleurs sombres et les couleurs vives, et en fait, leurs motifs d’affichage sont généralement des régions de couleur séparées par des barres noires.

“Nous pensons avoir trouvé un mécanisme élégant qui pourrait permettre à ces céphalopodes de déterminer la couleur de leur environnement, malgré le fait qu’ils n’ont qu’un seul pigment visuel dans leur rétine”, dit-il. “Il s’agit d’un schéma entièrement différent des pigments visuels multicolores que l’on trouve couramment chez l’homme et de nombreux autres animaux. Nous espérons que cette étude incitera la communauté des céphalopodes à mener d’autres expériences comportementales.”

Le musée de zoologie des vertébrés de l’UC Berkeley, une bourse du Graduate Research Fellow Program accordée à Alexander Stubbs et l’université de Harvard ont soutenu ces travaux.