Pour trouver leur nourriture, éblouir leurs compagnons, échapper aux prédateurs et naviguer sur des terrains variés, les oiseaux s’appuient sur leur excellente vision des couleurs.
« Les humains sont daltoniens par rapport aux oiseaux et à de nombreux autres animaux », a déclaré Mary Caswell Stoddard, professeur adjoint au département d’écologie et de biologie évolutive de l’université de Princeton. Les humains ont trois types de cônes sensibles à la couleur dans leurs yeux – adaptés à la lumière rouge, verte et bleue – mais les oiseaux ont un quatrième type, sensible à la lumière ultraviolette. « Non seulement le fait d’avoir un quatrième type de cône de couleur étend la gamme des couleurs visibles par les oiseaux dans l’UV, mais cela permet potentiellement aux oiseaux de percevoir des couleurs combinées comme ultraviolet+vert et ultraviolet+rouge – mais cela a été difficile à tester », a déclaré Stoddard.
Pour étudier comment les oiseaux perçoivent leur monde coloré, Stoddard et son équipe de recherche ont établi un nouveau système de terrain pour explorer la vision des couleurs des oiseaux dans un cadre naturel. Travaillant au Rocky Mountain Biological Laboratory (RMBL) à Gothic, dans le Colorado, les chercheurs ont entraîné des colibris sauvages à large queue (Selasphorus platycercus) à participer à des expériences sur la vision des couleurs.
« La plupart des expériences perceptives détaillées sur les oiseaux sont réalisées en laboratoire, mais nous risquons de passer à côté du tableau plus large de la façon dont les oiseaux utilisent réellement la vision des couleurs dans leur vie quotidienne », a déclaré Stoddard. « Les colibris sont parfaits pour étudier la vision des couleurs dans la nature. Ces monstres de sucre ont évolué pour répondre aux couleurs des fleurs qui annoncent une récompense en nectar, ils peuvent donc apprendre des associations de couleurs rapidement et avec peu d’entraînement. »
L’équipe de Stoddard était particulièrement intéressée par les combinaisons de couleurs « non spectrales », qui impliquent des teintes provenant de parties très éloignées du spectre des couleurs, par opposition aux mélanges de couleurs voisines comme la sarcelle (bleu-vert) ou le jaune (vert-rouge). Pour les humains, le violet est l’exemple le plus clair d’une couleur non spectrale. Techniquement, le violet ne fait pas partie de l’arc-en-ciel : il apparaît lorsque nos cônes bleus (à ondes courtes) et rouges (à ondes longues) sont stimulés, mais pas les cônes verts (à ondes moyennes).
Alors que les humains n’ont qu’une seule couleur non spectrale – le violet – les oiseaux peuvent théoriquement en voir jusqu’à cinq : violet, ultraviolet+rouge, ultraviolet+vert, ultraviolet+jaune et ultraviolet+pourpre.
Stoddard et ses collègues ont conçu une série d’expériences pour vérifier si les colibris peuvent voir ces couleurs non spectrales. Leurs résultats paraissent le 15 juin dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences.
L’équipe de recherche, qui comprenait des scientifiques de Princeton, de l’Université de Colombie-Britannique (UBC), de l’Université de Harvard, de l’Université du Maryland et du RMBL, a réalisé des expériences en plein air chaque été pendant trois ans. Ils ont d’abord construit une paire de tubes LED « bird vision » personnalisés, programmés pour afficher une large gamme de couleurs, y compris des couleurs non spectrales comme l’ultraviolet et le vert. Ensuite, ils ont réalisé des expériences dans une prairie alpine fréquemment visitée par les colibris à large queue locaux, qui se reproduisent sur le site en haute altitude.
Chaque matin, les chercheurs se sont levés avant l’aube et ont installé deux mangeoires : l’une contenant de l’eau sucrée et l’autre de l’eau ordinaire. À côté de chaque mangeoire, ils ont placé un tube LED. Le tube à côté de l’eau sucrée émettait une couleur, tandis que celui à côté de l’eau ordinaire émettait une couleur différente. Les chercheurs ont périodiquement interverti les positions des tubes récompensés et non récompensés, afin que les oiseaux ne puissent pas simplement utiliser l’emplacement pour repérer une friandise. Ils ont également réalisé des expériences de contrôle pour s’assurer que les petits oiseaux n’utilisaient pas leur odorat ou un autre indice par inadvertance pour trouver la récompense. Au cours de plusieurs heures, les colibris sauvages ont appris à visiter la couleur de la récompense. Grâce à cette configuration, les chercheurs ont enregistré plus de 6 000 visites de mangeoires dans une série de 19 expériences.
Les expériences ont révélé que les colibris peuvent voir une variété de couleurs non spectrales, notamment le violet, l’ultraviolet+vert, l’ultraviolet+rouge et l’ultraviolet+jaune. Par exemple, les colibris ont facilement distingué l’ultraviolet+vert de l’ultraviolet pur ou du vert pur, et ils ont fait la distinction entre deux mélanges différents de lumière ultraviolet+rouge – l’un plus rouge, l’autre moins.
« C’était incroyable à regarder », a déclaré Harold Eyster, étudiant en doctorat à l’UBC et coauteur de l’étude. « La lumière ultraviolette+verte et la lumière verte nous semblaient identiques, mais les colibris continuaient à choisir correctement la lumière ultraviolette+verte associée à l’eau sucrée. Nos expériences nous ont permis d’avoir un aperçu de ce à quoi ressemble le monde pour un colibri. »
Même si les colibris peuvent percevoir des couleurs non spectrales, apprécier comment ces couleurs apparaissent aux oiseaux peut être difficile. « Il est impossible de savoir réellement comment les oiseaux perçoivent ces couleurs. L’ultraviolet+rouge est-il un mélange de ces couleurs, ou une couleur entièrement nouvelle ? Nous ne pouvons que spéculer », a déclaré Ben Hogan, associé de recherche postdoctorale à Princeton et coauteur de l’étude.
« Imaginer une dimension supplémentaire de la vision des couleurs – c’est l’excitation et le défi d’étudier comment fonctionne la perception aviaire », a déclaré Stoddard. « Heureusement, les colibris révèlent qu’ils peuvent voir des choses que nous ne pouvons pas voir. »
« Les couleurs que nous voyons dans les champs de fleurs sauvages sur notre site d’étude, la capitale des fleurs sauvages du Colorado, sont stupéfiantes pour nous, mais imaginez ce que ces fleurs ressemblent pour les oiseaux avec cette dimension sensorielle supplémentaire », a déclaré le coauteur David Inouye, qui est affilié à l’Université du Maryland et au RMBL.
Enfin, l’équipe de recherche a analysé un ensemble de données de 3 315 couleurs de plumes et de plantes. Ils ont découvert que les oiseaux perçoivent probablement beaucoup de ces couleurs comme non spectrales, alors que les humains ne le font pas. Cela dit, les chercheurs soulignent que les couleurs non spectrales ne sont probablement pas particulièrement spéciales par rapport aux autres couleurs. La grande variété de couleurs non spectrales dont disposent les oiseaux est le résultat de leur ancien système visuel à quatre cônes de couleur.
« La tétrachromie – le fait d’avoir quatre types de cônes de couleur – a évolué chez les premiers vertébrés », a déclaré Stoddard. « Ce système de vision des couleurs est la norme pour les oiseaux, de nombreux poissons et reptiles, et il existait presque certainement chez les dinosaures. Nous pensons que la capacité à percevoir de nombreuses couleurs non spectrales n’est pas seulement un exploit des colibris, mais une caractéristique répandue de la vision des couleurs chez les animaux. »
Plus d’informations : Mary Caswell Stoddard et al, « Wild hummingbirds discriminate nonspectral colors », PNAS (2020). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1919377117
Information sur le journal : Proceedings of the National Academy of Sciences
Fourni par l’université de Princeton
.