Essayez d’écraser une mouche et vous verrez rapidement qu’elle est plus rapide que vous. Beaucoup plus rapide. Mais comment diable ces minuscules créatures – avec leurs minuscules cerveaux – peuvent-elles être aussi facilement plus malignes que nous ?
Vous y avez probablement réfléchi après avoir poursuivi une mouche dans votre maison et avoir agité votre chaussure avec des coups répétés, sans succès. Comment fait-elle pour se déplacer aussi vite ? Peut-elle lire dans mes pensées ?
C’est la question qui a été posée à l’équipe de BBC World Service CrowdScience pour notre plus récent épisode traitant des super pouvoirs apparents des minuscules animaux. La réponse est que, par rapport à vous et moi, les mouches voient essentiellement le monde au ralenti.
Pour illustrer cela, jetez un œil à une horloge avec une aiguille qui fait tic-tac. En tant qu’humain, vous voyez le tic-tac de l’horloge à une vitesse particulière. Mais pour une tortue, elle semblerait faire tic-tac à deux fois cette vitesse. Pour la plupart des espèces de mouches, chaque tic-tac s’écoulerait environ quatre fois plus lentement. En effet, la vitesse du temps diffère en fonction de votre espèce.
Cela se produit parce que les animaux voient le monde qui les entoure comme une vidéo continue. Mais en réalité, ils assemblent les images envoyées par les yeux au cerveau en flashs distincts un nombre déterminé de fois par seconde. Les humains ont en moyenne 60 flashs par seconde, les tortues 15, et les mouches 250.
Tout est relatif
La vitesse à laquelle ces images sont traitées par le cerveau est appelée « taux de fusion des flashs ». En général, plus l’espèce est petite, plus son taux critique de fusion des scintillements est rapide – et les mouches, en particulier, nous font honte.
Le professeur Roger Hardie, de l’université de Cambridge, étudie le fonctionnement des yeux des mouches, et il a mis en place une expérience pour déterminer leur taux de fusion des scintillements.
« Le taux de fusion du scintillement est simplement la vitesse à laquelle une lumière doit s’allumer et s’éteindre avant d’être perçue ou vue comme une simple lumière continue », explique le professeur Hardie.
Roger insère de minuscules électrodes en verre dans les cellules vivantes sensibles à la lumière de leurs yeux – les photorécepteurs – avant de faire clignoter des lumières LED à des vitesses de plus en plus rapides. Chaque flash de la LED produit un minuscule courant électrique dans les photorécepteurs qu’un ordinateur peut représenter graphiquement sur un écran. Les tests révèlent que la mouche la plus rapide enregistre des réponses distinctes aux clignotements jusqu’à 400 fois par seconde, soit plus de six fois plus vite que notre propre rythme.
La vision la plus rapide de toutes se trouve chez une espèce littéralement appelée « mouche tueuse ». Il s’agit d’une minuscule espèce prédatrice que l’on trouve en Europe et qui attrape d’autres mouches dans les airs grâce à des réactions ultrarapides. Dans son « laboratoire des mouches » à l’Université de Cambridge, le Dr Paloma Gonzales-Bellido démontre le comportement de chasse des mouches tueuses en libérant les proies des mouches des fruits dans une boîte de tournage spéciale avec une mouche tueuse femelle.
Paloma enregistre le comportement à 1 000 images par seconde en utilisant des caméras vidéo à mouvement lent avec un tampon d’enregistrement. L’ordinateur connecté enregistre constamment la vidéo, se réécrivant toutes les douze secondes. Lorsque la mouche se déplace, Paloma clique sur un bouton pour sauvegarder définitivement les 12 dernières secondes.
« Notre temps de réaction est si lent que si nous devions l’arrêter lorsque nous pensons que quelque chose se passe, cela se serait déjà produit, explique le Dr Gonzales-Bellido. Essentiellement, nous ne pouvons même pas cliquer sur un bouton avant que le comportement ne se soit produit, c’est aussi rapide.
Mouche contre mouche
Avec les mouches tueuses et leurs proies dans la boîte de tournage, au départ, la mouche tueuse est restée assise, immobile, mais alors qu’une des mouches à fruits volait à environ 7 cm au-dessus d’elle, il y a eu un éclair de mouvement et soudain la mouche tueuse était au fond de la boîte en train de croquer la mouche à fruits frémissante.
Ce n’est qu’en regardant les séquences ralenties sur l’ordinateur que l’on a compris ce qui s’est passé ; la mouche tueuse a décollé, a tourné trois fois autour de la mouche à fruits en essayant de la saisir à plusieurs reprises, avant de réussir à capturer l’insaisissable mouche à fruits avec ses pattes avant.
L’ensemble du comportement, du décollage à l’atterrissage, n’a duré qu’une seconde. Il apparaît comme un flash à nos yeux, alors à l’inverse, la main d’écrasement d’un humain doit apparaître à la vitesse d’un escargot.
Pour permettre cette incroyable vitesse de la mouche tueuse, qui est même plus rapide que celle des autres espèces de mouches, les cellules détectrices de lumière dans les yeux de la mouche tueuse contiennent beaucoup plus de mitochondries (les « batteries » des cellules biologiques) que celles présentes dans les mêmes cellules des autres mouches.
Ce sont les batteries de la cellule, donc la vision rapide doit prendre plus d’énergie que la vision lente, ce qui explique pourquoi tous les yeux ne sont pas simplement réglés sur le taux de fusion de scintillement le plus élevé.
Le régime carnivore de la mouche tueuse lui fournit les grandes quantités d’énergie dont elle a besoin pour alimenter ces cellules à haute énergie. Mais même si nous avions le même nombre de mitochondries dans les cellules ou dans nos propres yeux, nous n’aurions pas la même vitesse de vision car les cellules sensibles à la lumière des mouches ont une conception totalement différente de celles des vertébrés.
Derrière les différences structurelles des yeux des mouches se cache leur origine évolutive. Les arthropodes et les vertébrés, les groupes qui détiennent les mouches et les humains, ont fait évoluer leurs yeux de manière entièrement séparée il y a environ 700 à 750 millions d’années.
Théorie des cordes
Les yeux des mouches ont évolué pour capter la lumière avec une série de minuscules structures en forme de cordes qui se trouvent à l’horizontale par rapport à la trajectoire de la lumière dans l’œil. Ces structures réagissent à la lumière de manière mécanique alors que les vertébrés ont de longues cellules en forme de tube qui font face à la lumière, avec des produits chimiques qui réagissent à la lumière à la base.
Cette structure dans l’œil de la mouche est quelque chose que Roger étudie dans son laboratoire. « Elle est plus sensible en termes de capacité à donner un grand signal à la plus petite quantité de lumière et elle peut également répondre plus rapidement que les bâtonnets et les cônes de l’œil des vertébrés », explique-t-il.
Il y a plusieurs raisons à cette plus grande sensibilité, mais ce que le Pr Hardie a découvert, c’est qu’ils répondent mécaniquement à la lumière, par opposition à une réponse chimique comme dans les cônes et les bâtonnets.
Les réponses mécaniques permettent des signaux neuronaux plus rapides. En plus de cela, il y a une limite à la vitesse à laquelle les impulsions neuronales peuvent voyager et les distances nerveuses plus petites de l’œil de la mouche au cerveau de la mouche accélèrent le traitement par rapport aux vertébrés plus grands.
Certains vertébrés connaissent une vision beaucoup plus rapide que la nôtre. Le fait que l’espèce soit capable de voler semble être en corrélation avec une vision plus rapide, tout comme le fait d’être petit. Cela peut s’expliquer par le fait que les petits animaux volants doivent réagir très rapidement pendant le vol pour éviter les obstacles qui s’approchent.
Les coups au ralenti’
La vision la plus rapide de toutes se trouve chez les espèces qui attrapent les mouches en l’air.
Pour en revenir aux vertébrés, en étudiant la vision du gobe-mouche, un petit oiseau perché qui attrape les mouches en vol, des scientifiques de l’université d’Uppsala en Suède ont découvert qu’il était capable d’identifier une lumière clignotant 146 fois par seconde à partir d’une source lumineuse continue.
Les oiseaux ont été entraînés à associer une source lumineuse clignotante à une friandise savoureuse, et identifiaient avec précision la lumière clignotante jusqu’à ce rythme, plaçant leur taux de fusion des scintillements à 146. C’est environ deux fois le taux que les humains peuvent voir, mais toujours pas aussi vite que la mouche moyenne.
Cela signifie que les oiseaux, comme les mouches, vivent chaque tic-tac de l’horloge plus lentement que les humains.
Il existe une pression évolutive sur les gobe-mouches pour qu’ils fassent l’expérience du tic-tac de l’horloge aussi lentement que possible afin de déjouer leurs proies rapides. Au cours de l’évolution, les oiseaux qui faisaient l’expérience d’un » tic-tac plus lent » pouvaient réagir plus rapidement à leurs proies, ce qui leur permettait de manger davantage, d’élever plus de poussins et de transmettre cette vision rapide aux générations futures.
Les mouches qui ont été poursuivies par les oiseaux à la vision rapide vont évoluer vers des réactions plus rapides pour s’enfuir. Créant une course aux armements évolutive qui dure depuis plus longtemps encore que l’existence des oiseaux. Les mouches proies ont évolué vers une vision et des réactions plus rapides pour échapper aux mouches prédatrices comme la mouche tueuse depuis qu’elles ont évolué vers le vol.
La prochaine fois que vous essayerez ineptement de frapper une mouche, essayez de ne pas être aussi découragé. Vos coups de bâton au ralenti sont contrecarrés par des centaines de millions d’années de sélection naturelle laissant les mouches regarder vos tentatives au ralenti.
Entre vous et la mouche, le temps, semble-t-il, est relatif.
Écoutez ‘CrowdScience’ sur le BBC World Service, l’émission dont les auditeurs ont inspiré cet article, et envoyez vos questions scientifiques à ‘[email protected]’ :