L'oursin, un photosensible

L'essentiel est invisible pour les yeux. A. de Saint-Exupéry, Le Petit Prince

Œil composé d'insecte, œil camérulaire (à une seule chambre) avec cristallin des mammifères, œil à miroir de certains poissons... la diversité des organes sensibles à la lumière ne connaît pas de limites. Ainsi, alors que l'on croyait l'oursin (un échinoderme cousin des étoiles de mer) dépourvu de photorécepteur, on a récemment découvert qu'il peut néanmoins se déplacer en fonction de la lumière. Sönke Johnsen et Divya Yeramilli, de l'Université Duke, ont précisé les modalités de cette perception lumineuse, qui reste modeste.

Comment les oursins détectent-il la lumière ? D'abord, le séquençage du génome de l'oursin Strongylocentrotus purpuratus en 2006 a révélé que celui-ci possède six gènes d'opsines, des protéines qui participent à la détection de la lumière. Ensuite, des travaux ont mis en évidence dans l'endosquelette des oursins (la coque quasi-sphérique qui subsiste après décomposition de l'animal) des « filtres polarisants », des pigments sensibles à la lumière, ainsi que des lentilles microscopiques : toutes ces adaptations indiquent que le corps entier de l'animal constituerait une sorte d'œil !

S. Johnsen et D. Yeramilli se sont interrogées sur la vision tridimensionnelle des oursins et notamment sur le rôle des épines. Pour ce faire, les chercheuses ont placé 39 oursins Strongylocentrotus purpuratus au centre d'un aquarium et ont collé des disques noirs de deux diamètres différents (le diamètre angulaire sous lequel le disque apparaît à l'animal est égal à 6,5 ou à 10 degrés) sur l'une des parois. En l'absence de disque, ou avec les plus petits, les oursins ne montrent aucune préférence dans leur déplacement. En revanche, en présence de grands disques, les échinodermes se meuvent soit en direction de l'ombre, soit dans le sens opposé. Les biologistes en concluent que le plus petit objet détectable par l'oursin doit avoir un diamètre apparent d'au moins 10 degrés, ce qui correspond à 0,2 pour cent du champ visuel total. Le comportement paradoxal (fuite ou attraction) s'expliquerait par le fait que l'animal « voit » dans l'ombre, soit un abri, soit un prédateur, sans que l'on sache ce qui motive son choix.

En outre, les épines, placées perpendiculairement au corps sphérique de l'animal, indiqueraient la direction de la lumière en l'obstruant plus ou moins selon l'angle d'incidence. De fait, la vision de Strongylocentrotus purpuratus est meilleure que celle d'espèces voisines (Echinometra lucunter et E. viridis) dont la densité d'épines est inférieure.

Au final, la vision de Strongylocentrotus purpuratus serait équivalente à celle des nautiles et des limules, des animaux pourtant pourvus d'yeux bien différenciés.

http://www.pourlascience.fr/ewb_pages/a/actualite-l-oursin-un-photosensible-24152.php

Spatial vision in the purple sea urchin Strongylocentrotus purpuratus (Echinoidea)

D. Yerramilli and S. Johnsen^*

Biology Department, Duke University, Durham, NC 27708, USA

^* Author for correspondence (sjohnsen@duke.edu <script type="text/javascript"><!-- var u = "sjohnsen", d = "duke.edu"; document.getElementById("em0").innerHTML = '<a href="mailto:' + u + '@' + d + '">' + u + '@' + d + '<\/a>'//--></script> )

Accepted 14 October 2009

Recent evidence that echinoids of the genus Echinometra have moderate visual acuity that appears to be mediated by their spines screening off-axis light suggests that the urchin Strongylocentrotus purpuratus, with its higher spine density, may have even more acute spatial vision. We analyzed the movements of 39 specimens of S. purpuratus after they were placed in the center of a featureless tank containing a round, black target that had an angular diameter of 6.5 deg. or 10 deg. (solid angles of 0.01 sr and 0.024 sr, respectively). An average orientation vector for each urchin was determined by testing the animal four times, with the target placed successively at bearings of 0 deg., 90 deg., 180 deg. and 270 deg. (relative to magnetic east). The urchins showed no significant unimodal or axial orientation relative to any non-target feature of the environment or relative to the changing position of the 6.5 deg. target. However, the urchins were strongly axially oriented relative to the changing position of the 10 deg. target (mean axis from –1 to 179 deg.; 95% confidence interval ± 12 deg.; P<0.001, Moore's non-parametric Hotelling's test), with 10 of the 20 urchins tested against that target choosing an average bearing within 10 deg. of either the target center or its opposite direction (two would be expected by chance). In addition, the average length of the 20 target-normalized bearings for the 10 deg. target (each the vector sum of the bearings for the four trials) were far higher than would be expected by chance (P<10^–10; Monte Carlo simulation), showing that each urchin, whether it moved towards or away from the target, did so with high consistency. These results strongly suggest that S. purpuratus detected the 10 deg. target, responding either by approaching it or fleeing it. Given that the urchins did not appear to respond to the 6.5 deg. target, it is likely that the 10 deg. target was close to the minimum detectable size for this species. Interestingly, measurements of the spine density of the regions of the test that faced horizontally predicted a similar visual resolution (8.3±0.5 deg. for the interambulacrum and 11±0.54 deg. for the ambulacrum). The function of this relatively low, but functional, acuity – on par with that of the chambered Nautilus and the horseshoe crab – is unclear but, given the bimodal response, is likely to be related to both shelter seeking and predator avoidance.

Key words: diffuse sensory system, echinoid, marine ecology, spatial vision, vision

http://jeb.biologists.org/cgi/content/abstract/213/2/249