« Voir comme un oiseau… »

Jusqu’à présent, ce n’était pas vraiment dans mes habitudes de vous proposer un peu de vulgarisation scientifique sur mon blog. Cela dit, je ne vous avais pas caché mon intention de développer un petit peu plus ces aspects là lorsque je vous avais présenté mes vœux au début du mois. Comme vous le savez peut-être, si je suis un photographe passionné, je suis également un scientifique « de métier ». Pour garder une référence lointaine à tout ce qui touche à l’image, j’envisage de vous parler aujourd’hui de la partie la plus lumineuse (au sens premier du terme) de la dernière publication scientifique que nous avons cosigné avec des collègues de l’Université Paul Sabatier Toulouse III, du CNRS et du CSIC (son « équivalent » espagnol). Dans l’article présentant les résultats de cette étude qui vient d’être accepté pour publication dans la revue britannique Biological Journal of the Linnean Society, nous nous intéressons notamment aux causes évolutives pouvant expliquer des différences de coloration observables au sein des populations naturelles d’un petit oiseau endémique de l’île de La Réunion, le zostérops gris de La Réunion (Zosterops borbonicus).

Coexistence d’individus gris et bruns chez le Zostérops « gris » de La Réunion (Photo Joris Bertrand)

La première chose qu’il convient de considérer, c’est que tous les animaux (auxquels nous appartenons, bien évidemment) ne voient pas la même chose. Vous n’êtes sans doute pas sans savoir que certaines espèces ont une acuité visuelle meilleure que d’autres. Compte-tenu de l’anatomie de leur œil et de la façon dont leur cerveau traite l’information, certains rapaces ont une acuité visuelle quelque 2,5 fois supérieure à la notre. Concrètement ils sont en mesure de détecter un lapin en le survolant à une altitude d’environ 2000 mètres là où nous aurions bien de la peine à le distinguer dans son environnement à un peu plus de 700 mètres de nous. Certaines espèces possèdent aussi des yeux plus sensibles à la lumière leur permettant une meilleure vision nocturne, ou du moins quand les conditions de lumières sont très faibles. Petit garçon, j’étais admiratif en observant mon chien courir dans les bois à la nuit tombée sans nécessairement s’emplafonner tous les arbres. Maintenant je sais que ses yeux avaient besoin de cinq fois moins de lumière que les miens pour percevoir quelque chose de similaire dans l’obscurité. Enfin, certaines espèces se basent essentiellement sur la visualisation des contrastes alors que d’autres ont une aptitude à la vision (dichromatique, trichromatique ou même quadrichromatique) des couleurs. Et c’est justement à ce point là que je voulais en venir car il existe au sein même des espèces possédant fondamentalement une vision des couleurs trichromatique (comme nous) ou quadrichromatique (comme les oiseaux que nous avons étudié) des différences dans l’étendue du spectre coloré perçu.

Si on considère la lumière comme une onde électromagnétique, l’œil est en mesure de détecter et d’apprécier les radiations dont les longueurs d’onde constituent ce que l’on qualifie de spectre visible. Chez nous, ce spectre visible qui englobe toutes les nuances matérialisées par les couleurs de l’arc en ciel comprend en gros les longueurs d’onde comprises entre 400 et 800 nanomètres. De part et d’autres, il y a les radiations que nous ne pouvons plus distinguer avec nos yeux. Sous 400 nm, on arrive dans les ultraviolets (le rayonnement qui est « au dessus du violet ») alors qu’au dessus de 800 nm on pénètre dans les infrarouges (le rayonnement qui est « en dessous » du rouge). Or, il est aujourd’hui bien établi que bon nombre d’espèces animales (insectes, reptiles, oiseaux…) sont en mesure de distinguer une partie du spectre ultraviolet. Et c’est là que le bat blesse car si on veut tenter d’élucider les causes évolutives sous-jacentes à la diversité de couleurs chez les espèces animales, encore faut il essayer de visualiser ces couleurs comme elles.

Le spectre visible et les différentes longueurs d’onde (d’après Tatoute et Phrood)

Comment « voir comme un oiseau »?

Pour « voir comme un oiseau », la première étape consiste à quantifier de manière objective la couleur. Pour ce faire, nous avons utilisé un appareil un petit peu particulier: un spectophotomètre. Le principe de fonctionnement du dispositif est simple. Il consiste à appliquer sur le plumage (ici des plumes que nous avons prélevé directement sur les oiseaux sur le terrain mais analysé de retour au laboratoire) une source de lumière au moyen d’une fibre optique. En comparant la lumière réfléchie par le plumage à celle renvoyée par une surface étalon (blanc pur) on récupère des données spectrales à partir desquelles il sera ensuite possible d’extraire des valeurs très spécifiques et caractérisant la couleur que nous avons mesuré. La seconde étape consiste à analyser ces spectres lumineux non pas comme nous les verrions nous, mais bien comme les oiseaux sont censés les percevoir. Cela est possible grâce à des outils mathématiques appropriés qui vont permettre de mettre en équation ces spectres et représenter ce que voient réellement les oiseaux au moyen de modèles physiologiques de vision. On analyse ainsi les spectres de réflectances au prisme des propriétés des cellules en cônes tapissant la rétine des oiseaux. Dans notre cas, et comme ces modèles sont fastidieux à mettre au point, nous nous sommes basés sur un modèle de vision d’une espèce la plus proche possible pour laquelle il avait été défini: la mésange bleue (Cyanistes caeruleus). Plusieurs paramètres des spectres colorés mesurés un peu partout sur le corps des oiseaux ont ainsi analysés et interprétés par les programmes informatiques nous permettant « de voir comme un oiseau » et ainsi d’apprécier de subtiles différences de couleur perceptibles par les yeux des oiseaux (mais pas nécessairement par les nôtres).

Et qu’en est-il du résultat?

Cette étude a notamment permis de confirmer que certaines populations comprenant des individus apparaissant tous bruns à nos yeux présentaient en fait des différences subtiles dans l’absolu mais flagrantes au yeux des oiseaux (en particulier au niveau de leur ventre et de leur poitrail). Ces différences sont dues à des variations dans le dépôt de pigments mélaniques (eumélanine et phaéomélanine) au sein même de la plume. Or la couleur est un trait qui peut être directement ou indirectement sous l’influence de la sélection naturelle (et sexuelle). De manière directe, elle peut par exemple favoriser une meilleure survie des individus dont la couleur du plumage leur permet de mieux se fondre dans l’environnement (pour éviter les prédateurs). Un plumage plus riche en pigments mélaniques peut aussi conférer une meilleure résistance des plumes à l’abrasion, au rayonnement UV induit par le soleil ou à certains organismes parasites pouvant détériorer le plumage. La couleur joue aussi un rôle important au moment de la reproduction et les individus dont le plumage arbore certaines caractéristiques bien précises ont de meilleures chances de trouver un partenaire pour se reproduire. De plus, la voie de biosynthèse des mélanocortines qui sous-tend le déterminisme génétique de cette coloration mélanique est aussi indirectement liée à d’autres composantes ayant trait à la physiologie et au comportement (e.g. résistance au stress, immunité, agressivité…), eux aussi sous l’influence de la sélection. Il se peut donc également que la coloration ne soit en fait qu’un signal plus ou moins visible d’un autre trait qui est lui plus directement sous l’influence de la sélection. Plusieurs questions restent donc en suspens et bien des aspects de ce projet nécessitent donc d’être creusés plus en détail. Mais une des avancées de cette étude est de désormais avoir toutes les cartes en main pour étudier plus précisément l’évolution de ce système en ayant réussi à se mettre dans la peau (ou plutôt dans les yeux des oiseaux).

Remarque: mon collègue Yann Bourgeois est en train de dédier une série d’articles à propos de différents aspects ayant trait à la coloration dans le cadre de la biologie de l’évolution. Si vous voulez en lire un petit peu plus à ce sujet, n’hésitez pas à aller également jeter un œil sur son blog en cliquant ici.