Question:
Pourquoi la vision humaine est-elle limitée à 400-700 nm?
HyperLuminal
2015-06-18 22:04:04 UTC
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À travers le spectre électromagnétique, 400-700 nm est un spectre étroit de fréquences et focalisé dans la région des courtes longueurs d'onde. Par exemple, les ondes radio couvrent une large gamme de fréquences inexploitées par le système visuel. Alors, quelle est la raison biologique qui nous a poussé à utiliser une bande passante de fréquence aussi petite pour la vision?

On ne peut que répondre «comment» ou «comment se fait-il»? «Pourquoi» est en fait assez spéculatif et philosophique. Pourquoi les humains sont-ils comme ils sont? Pourquoi les humains n'ont-ils pas évolué pour nager naturellement ou pour courir vite (attributs très favorables)? Nous pouvons juste deviner le «pourquoi». :)
Six réponses:
#1
+21
AliceD
2015-06-19 05:46:55 UTC
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Réponse courte
Le spectre visible a l'énergie la plus élevée de la lumière du soleil à la surface de la terre, ce qui explique l'emplacement brut du spectre visible dans la vie sur terre. La gamme de fréquences spécifique varie selon les espèces et peut être expliquée par des stratégies de survie spécifiques à l'espèce.

Contexte
Lorsque vous regardez le spectre de la lumière solaire à la surface de la terre, le fort a la plus haute intensité (fig. 1).

solar irradiation
Irradiation solaire. Source: Université de Californie.

Il est donc logique d'utiliser la gamme de fréquences la plus représentée à la lumière du soleil comme point de départ.

La question devient alors: pourquoi les humains utilisent-ils environ 400 à 700 nm , et non l'infrarouge ou les UV? Cela peut s'expliquer parce que nous n'en avons pas besoin. Notre gamme a été supposée être liée aux comportements de recherche de nourriture et notre système visuel est particulièrement sensible dans la gamme de fréquences de la coloration des fruits (mûrs) , qui est censée avoir été d'un grand bénéfice pour nos ancêtres hominidés (Osorio & Vorobyev, 1996).

Pourquoi alors les animaux étendent leur vision en UV ? De nombreux poissons, amphibiens, reptiliens, aviaires et certaines espèces de mammifères utilisent la vision UV. De nombreux oiseaux peuvent identifier le nectar et les baies réfléchis par les UV, et les plumages réfléchissant les UV chez les oiseaux, et les écailles des poissons sont utilisées pour la reconnaissance (Shi & Yokoyama, 2003 ). De plus, certaines espèces d'arthropodes sont connues pour utiliser la vision UV pour réduire les distorsions de réflexion de la lumière sous l'eau, comme chez la crevette mante qui présente 12 types de photorécepteurs (contre quatre chez l'homme) ( Thoen et al ., 2014).

Pourquoi alors les animaux étendent-ils leur plage dynamique dans l ' infrarouge ? Un effet bénéfique notable de la perception de l'infrarouge est la détection de la chaleur corporelle . La génération de chaleur s'accompagne de la génération de lumière infrarouge. La détection de cette lumière émise est très utile pour les prédateurs nocturnes, comme le serpent à sonnette (Hartline & Newman, 1982).

Références
- Hartline & Newman, Sci Am (1982); 246 (3): 116-27
- Osorio & Vorobyev, Proc Roc Soc B (1996 ); 263 (1370)
- Shi & Yokoyama, PNAS (2003); 100 (142003): 8308-13
- Thoen et al., Science (2014); 343 (6169): 411-3

Lectures complémentaires
1. Notre vision des couleurs est-elle calibrée en fonction du ciel, de la végétation et du sang?
2. Y a-t-il une raison physique pour que les couleurs soient localisées une bande très étroite du spectre EM?

Non pas que vous ayez dit que c'était le cas, mais je ne suis pas sûr que les serpents détectant la lumière infrarouge puissent être classés comme vision. Bref, bonne réponse +1
@canadianer - Je classe la * vision * comme * la perception de la lumière *. Les personnes classées comme ayant une * vision ultra-basse ** *** (quasi-cécité) n'ont parfois guère plus que la perception de la lumière nue (lumière allumée ou éteinte).
C'est en grande partie un problème de sémantique, je pense et je ne sais pas vraiment pourquoi je l'ai même évoqué;) [Une plante peut percevoir la lumière] (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/m/pubmed/12972045/ ), j'ai pensé que je ne dirais pas qu'il a une vision.
@canadianer - en plus, je n'ai jamais dit que les serpents avaient une vision IR dans ma réponse en premier lieu lol. J'ai utilisé * perception *
#2
+10
canadianer
2015-06-19 05:45:18 UTC
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La plupart de la lumière du soleil n'atteint pas réellement la surface de la terre à cause de l'atmosphère.

enter image description here

[ source]

Ainsi, la lumière atteignant la Terre comprend le proche UV, le visible, le proche IR et une bande d'ondes radio. Voir toute autre partie du spectre serait impossible car elle n'atteint pas la Terre.

Vous avez demandé pourquoi nous ne voyons que dans le domaine de la lumière visible; cela est dû à l'évolution. Les oiseaux, parmi d'autres animaux, peuvent voir la lumière UV. En fait, tous les vertébrés ont un potentiel de vision proche des UV. Les humains, en tant que vertébrés, possèdent également des photorécepteurs sensibles aux UV. Cependant, notre lentille est opaque aux rayons UV:

enter image description here

[de Clinical Ocular Anatomy and Physiology via ce site Web]

Juste en spéculant, il semblerait que la capacité de voir le proche UV soit une condition ancestrale que nous avons perdue à un moment donné; soit elle n'offrait aucun avantage significatif (régression neutre), soit il y avait un avantage fourni par une lentille opaque aux UV, soit directement (comme la protection contre la lumière UVB) ou indirectement (par antagonisme pléiotrope).

D'un autre côté, les photorécepteurs humains ne peuvent pas détecter la lumière infrarouge. Encore une fois, c'est un produit de l'évolution. Ces chercheurs émettent l'hypothèse que plus la longueur d'onde de la lumière détectée est longue, plus le bruit est produit. Ce bruit est dû à l'activation de la molécule de pigment par la chaleur. Ou, il se pourrait que cela ne soit jamais arrivé. Un photorécepteur sensible aux IR pourrait être possible, mais l'évolution ne conduit pas à une adaptation parfaite. En d'autres termes, il n'y a pas forcément de raison.

Quant aux ondes radio, elles ont une énergie trop faible pour interagir sensiblement avec la matière, du moins en ce qui concerne la vision.

Grande explication de la physique ici. +1 Donne-moi ce badge d'esprit sportif;)
La plupart des photorécepteurs, de la façon dont ils fonctionnent, ne peuvent pas absorber l'IR parce que l'IR est trop faible en énergie pour provoquer des transitions électroniques. Concernant les fausses alarmes; oui, la chaleur peut générer de fausses alarmes mais cela ne veut pas dire bruyant (en fait la diffusion IR est bien moindre. La diffusion Rayleigh diminue avec la longueur d'onde). Je dirais que l'habitude diurne et l'habitat tempéré des humains rendent la détection infrarouge peu utile.
Bien qu'il soit vrai que les humains ont une sensibilité marginale aux UV (essentiellement des retombées), nous n'avons pas de récepteurs focalisés sur les UV comme beaucoup d'autres animaux. ceci est vrai pour les mammifères en général, de sorte que le groupe dans son ensemble semble avoir perdu sa sensibilité aux UV. Un problème majeur avec l'infrarouge est que l'eau n'est pas très transparente à l'infrarouge et de quoi sont faits les yeux. c'est pourquoi les vipères des stands ont des fosses remplies en plein air pour la détection infrarouge.
#3
+2
John
2018-07-17 20:48:46 UTC
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Ce n'est pas vraiment

C'est seulement le spectre visible de l ' humain .

Les humains ont en fait un spectre réduit par rapport à de nombreux animaux. Les mammifères en particulier ont un spectre réduit par rapport aux non-mammifères. Les reptiles et les oiseaux ont 4 types de cellules sensibles à la couleur (cônes) et peuvent voir dans l'ultraviolet. De nombreux invertébrés peuvent voir un spectre encore plus large. Les mammifères ont perdu deux de ces cellules. Les mammifères modernes descendent des premiers mammifères nocturnes. La vision des couleurs était donc moins utile. Les primates ont fait évoluer un troisième cône, (une variante mutante de l'un des deux qu'ils avaient auparavant) Les primates l'ont fait parce que beaucoup sont des frugivores et la couleur est excellente pour déterminer quand les fruits sont mûrs.

enter image description here

#4
-1
243
2015-06-19 05:36:46 UTC
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C'est ma spéculation, mais il n'y a pas ou peu de produits chimiques organiques qui peuvent absorber les ondes radio ayant des longueurs d'onde plus longues. Les yeux détectent la lumière en absorbant la lumière avec des produits chimiques organiques, mais pour détecter une longueur d'onde plus longue, les yeux peuvent avoir besoin d'appareils plus sophistiqués comme des tuners.

De plus, moins de 100 nm d'ondes radio de l'espace extra-atmosphérique sont absorbées par l'atmosphère, donc même si les yeux pouvaient détecter de telles ondes radio, vous ne voyez aucun signal sur la Terre.

Cette réponse recèle un grand potentiel, en particulier la partie ondes radio. Élaborer sur cela peut vous obtenir vos votes positifs mérités.
#5
-2
algolejos
2015-06-19 03:04:45 UTC
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"Lumière visible" est la longueur d'onde de la lumière que nous pouvons voir, si les êtres humains pouvaient voir les UV ou IR, ces longueurs d'onde avaient été incluses dans la définition de "lumière visible". Maintenant, notre Soleil est le plus brillant en jaune-vert la lumière, qui (vous devinez?) est juste au milieu du spectre de la «lumière visible». La seule question qui reste est donc: "Pourquoi ne pouvons-nous voir que ce spectre court?" La réponse est EVOLUTION. La même raison qui nous a fait n'avoir que 5 doigts dans nos mains, seulement 2 yeux et seulement deux reins. La bande passante du "spectre visible" suffit à faire survivre les êtres humains (en tant qu'espèce).

Chaque question peut être répondue par «* ceci est EVOLUTION *». Je reconnais la nature problématique inhérente des questions * pourquoi *, mais elles forment néanmoins une classe intéressante de questions à la lumière de la spéciation. De plus, la capitalisation doit être utilisée avec prudence car elle implique de crier après OP. C'est une question légitime.
c'est aussi une mauvaise réponse en utilisant l'évolution, car il existe des artefacts évolutionnaires assez solides qui rendent la vision humaine très limitée.
#6
-3
aaaaa says reinstate Monica
2015-06-19 02:06:19 UTC
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Ces longueurs d'onde satisfont à deux conditions.

Premièrement, les photons de longueur d'onde plus courte (rayonnement EM) ont tendance à être dangereux pour la biologie. Même la lumière UV (<350nm) peut déjà endommager l'ADN. Cela est dû au fait que les énergies de liaison dans les molécules biologiques ont tendance à avoir des valeurs proches de l'énergie du rayonnement EM de courte longueur d'onde. C'est pourquoi les particules à haute énergie sont appelées rayonnement ionisant. Pour référence, consultez ce document. énergie d'ionisation pour l'ADN estimée dans la gamme 4-5eV, soit 300-250 nm.

Deuxièmement, sur la main du spectre à faible énergie, l'eau absorbe beaucoup de rayonnement IR: Water absorption spectrum

Ainsi, comme vous pouvez le voir, ce que nous voyons aka spectre visible est bien assis dans la vallée d'absorption d'eau mais ne s'étend pas à la zone de lumière UV dure qui endommagerait les produits chimiques de votre corps.

Maintenant, pourquoi est-ce ainsi? Parce que les atomes ont ces masses et les électrons autour d'eux ont ces énergies. Ainsi, les liaisons et les interactions moléculaires ont ces valeurs.

(Dans la gamme de fréquences radio, vous, contrairement aux UV, n'avez pas assez d'énergie pour provoquer des changements moléculaires significatifs, c'est pourquoi vous ne pouvez pas percevoir le WiFi)

Le raisonnement selon lequel les UV ne devraient pas être visibles parce qu'ils sont dangereux n'a aucun sens. Parallèlement à ce raisonnement, le système visuel devrait également filtrer les prédateurs, les gars avec des fusils, etc. De plus, il existe des classes de créatures qui détectent les UV et les utilisent à des fins significatives.
La lumière UV qui atteint la surface n'est pratiquement pas ionisante. La lumière UVB de faible longueur d'onde peut endommager l'ADN, mais cela frappe notre corps et nos yeux, que nous puissions le voir ou non. Environ 95% de la lumière UV qui atteint la surface est des UVA non dommageables.
@AliceD Mon raisonnement est le suivant: les UV sont dangereux donc ils sont / devraient être filtrés avant qu'ils n'atteignent quelque chose de sensible. Les animaux n'ont pas vraiment besoin d'un cancer de la rétine.
Raisonner est une chose, prétendre qu'il en est une autre, d'autant plus que de nombreuses espèces utilisent effectivement les UV. L'oxygène est hautement toxique. Doit-on donc le neutraliser avant de respirer?


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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