Ce poisson ne voit pas seulement avec ses yeux, il voit aussi avec sa peau

Commun dans l’ouest de l’océan Atlantique, de la Caroline du Nord au Brésil, l’aiguillat commun est connu pour sa peau aux couleurs changeantes. L’espèce peut passer du blanc au marbré au brun rougeâtre en quelques millisecondes pour se fondre dans les coraux, le sable ou les rochers. Schweikert était néanmoins surpris que ce poisson ait continué à se camoufler même s’il n’était plus vivant. Ce qui l’a amenée à se demander : les porcs peuvent-ils détecter la lumière en utilisant uniquement leur peau, indépendamment de leurs yeux et de leur cerveau ?

«Cela m’a ouvert tout ce domaine», déclare Schweikert. Au cours des années suivantes, le biologiste a commencé des recherches sur la physiologie de la « vision cutanée » en tant que chercheur postdoctoral à l’Université Duke et à l’Université internationale de Floride.

Emplois précédents

En 2018, la biologiste Sönke Johnsen de Schweikert et Duke a publié une étude dans la revue ‘Journal de physiologie comparée A” qui montre que les porcs possèdent un gène pour une protéine sensible à la lumière appelée opsine qui est activée dans leur peau, et que ce gène est différent des gènes d’opsine trouvés dans leurs yeux. D’autres animaux aux couleurs changeantes, des poulpes aux geckos, produisent également des opsines sensibles à la lumière dans leur peau. Mais on ne sait pas exactement comment ils les utilisent pour changer la couleur.

“Quand nous l’avons trouvé chez l’aiguillat, j’ai regardé Sönke et je lui ai demandé pourquoi mettre un détecteur de lumière sur la peau ?”, explique Schweikert, aujourd’hui professeur à l’Université de Caroline du Nord à Wilmington. Une hypothèse est que la peau sensible à la lumière aide les animaux à assimiler leur environnement. Mais les nouvelles découvertes suggèrent une autre possibilité : “Ils pourraient l’utiliser pour se voir”, dit Schweikert.

en regardant de plus près

Dans une nouvelle étude récemment publiée dans la revue ‘Communication Nature“, Schweikert, Johnsen et leurs collègues se sont associés pour examiner de plus près la peau de l’aiguillat commun. Les chercheurs ont prélevé des morceaux de peau sur différentes parties du corps du poisson et les ont photographiés au microscope. De près, sa peau ressemble à une peinture pointilliste : chaque point de couleur est une cellule spécialisée appelée chromatophore qui contient des granules pigmentaires qui peuvent être rouges, jaunes ou noires.

C’est le mouvement de ces granules pigmentaires qui change la couleur de la peau. Lorsque les granules sont répartis autour de la cellule, la couleur apparaît plus foncée. Lorsqu’ils se regroupent en un petit point difficile à voir, la cellule devient plus transparente.

Ensuite, les chercheurs ont utilisé une technique appelée immunomarquage pour localiser les protéines opsine dans la peau. Ils ont découvert que chez l’aiguillat commun, les opsines ne sont pas produites dans les cellules chromatophores à couleur changeante. Au lieu de cela, les opsines résident dans d’autres cellules directement en dessous d’elles. Les images prises au microscope électronique à transmission ont révélé un type de cellule jusqu’alors inconnu, juste en dessous des chromatophores, rempli de protéine opsine. Cela signifie que la lumière frappant la peau doit d’abord traverser les chromatophores remplis de pigments avant d’atteindre la couche sensible à la lumière, explique Schweikert.

Les chercheurs estiment que les molécules d’opsine présentes dans la peau de l’aiguillat sont plus sensibles à la lumière bleue. Il s’agit de la longueur d’onde de la lumière qui est la mieux absorbée par les granules pigmentaires des chromatophores des poissons.

comme un polaroïd

Les résultats suggèrent que les opsines sensibles à la lumière du poisson agissent comme un film Polaroid interne, capturant les changements de lumière qui sont capables de filtrer à travers les cellules remplies de pigments situées au-dessus lorsque les granules de pigment s’agglutinent ou se dispersent. “Les animaux peuvent littéralement prendre une photo de leur propre peau de l’intérieur”, note Johnsen. “D’une certaine manière, ils peuvent dire à l’animal à quoi ressemble sa fourrure, puisqu’il ne peut pas se pencher pour regarder.”

“Pour être clair, nous ne prétendons pas que la peau de l’aiguillat fonctionne comme un œil”, ajoute Schweikert. Les yeux font plus que simplement détecter la lumière : ils forment des images. “Nous n’avons aucune preuve suggérant que c’est ce qui se passe sur leur peau”, souligne le biologiste. Il s’agit plutôt d’un mécanisme de rétroaction sensorielle qui permet à l’aiguillat de surveiller sa propre peau à mesure qu’elle change de couleur et de l’ajuster pour qu’elle corresponde à ce qu’elle voit avec ses yeux. “Ils semblent voir leur propre couleur changer”, dit-il.

Les chercheurs notent que ces travaux sont importants car ils pourraient ouvrir la voie à de nouvelles techniques de retour sensoriel pour des dispositifs tels que les membres robotiques et les voitures autonomes qui doivent ajuster leurs performances sans s’appuyer uniquement sur la vue ou les images des caméras. “Le retour sensoriel est l’une des astuces que la technologie essaie encore de comprendre”, explique Johnsen. “Cette étude est une belle dissection d’un nouveau système de rétroaction sensorielle.”

“Si vous n’aviez pas de miroir et que vous ne pouviez pas plier le cou, comment sauriez-vous si vous êtes habillé convenablement ? dit Schweikert. Pour nous, cela n’a peut-être pas d’importance.” Mais pour les créatures qui utilisent leurs capacités de changement de couleur pour se cacher des prédateurs, avertir leurs rivaux ou leurs camarades de cour, « cela pourrait être une question de vie ou de mort ».