Systèmes sensoriels actifs - Active sensory systems
Les systèmes sensoriels actifs sont des récepteurs sensoriels qui sont activés en sondant l'environnement avec de l'énergie auto-générée. Les exemples incluent l'écholocation des chauves-souris et des dauphins et des antennes d'insectes. L'utilisation d'énergie auto-générée permet un meilleur contrôle sur l'intensité du signal, la direction, la synchronisation et les caractéristiques spectrales. En revanche, les systèmes sensoriels passifs impliquent une activation par l'énergie ambiante (c'est-à-dire une énergie préexistante dans l'environnement, plutôt que générée par l'utilisateur). Par exemple, la vision humaine repose sur l'utilisation de la lumière de l'environnement.
Les systèmes sensoriels actifs reçoivent des informations avec ou sans contact direct. Les systèmes sensoriels actifs téléceptifs collectent des informations en dirigeant l'énergie de propagation et en détectant des objets à l'aide d'indices tels que le retard et l'intensité du signal de retour. Les exemples incluent l'écholocation des chauves-souris et la détection électrosensorielle des poissons électriques . Les systèmes sensoriels actifs par contact utilisent le contact physique entre les stimuli et l'organisme. Les antennes d'insectes et les moustaches sont des exemples de systèmes sensoriels actifs par contact.
Exemples
Electrolocalisation active
Bioluminescence : La luciole adulte utilise la lumière auto-générée pour localiser les partenaires. Dans les océans profonds, le poisson - dragon barbelé produit une lumière proche infrarouge.
Champ électrostatique : les poissons électriques sondent l'environnement et créent une imagerie électrodynamique active.
Mécanosensoriel
Toucher actif: les animaux nocturnes dépendent des moustaches pour naviguer en collectant des informations sur la position, la taille, la forme, l'orientation et la texture des objets. Les insectes utilisent des antennes pour sonder l'environnement pendant la locomotion. L'atteinte des objets par l'homme avec les mains est une analogie.
Écholocalisation
Écholocalisation : détection acoustique active des sons auto-produits. Les chauves-souris émettent des appels d'écholocalisation pour détecter les proies en vol. Les baleines à dents utilisent l'écholocation dans l'eau.
Chimique
Étant donné que la propagation des produits chimiques prend plus de temps que les autres sources, seuls les organismes à locomotion lente peuvent utiliser des signaux chimiques pour sonder l'environnement. La moisissure visqueuse Dictyostelium discoideum utilise de l'ammoniac pour sonder l'environnement afin d'éviter les obstacles lors de la formation du corps de fructification. Le déploiement du signal chimique est également limité par le manque de signaux de retour.
Contraintes physiques et écologiques
Propagation d'énergie
Une contrainte importante dans les systèmes sensoriels actifs téléceptifs est la génération d'énergie avec un signal de retour supérieur au seuil de détection. L'énergie auto-produite doit être suffisamment forte pour détecter des objets à distance. En raison de l'étalement géométrique, l'énergie émise uniformément se répandra sur une sphère de surface croissante. La force du signal dépend du carré de la distance entre l'organisme et la cible. Dans la détection active téléceptive, le coût d'étalement géométrique est doublé, car le signal est émis et renvoyé. En conséquence, la fraction d'énergie renvoyée diminue en tant que quatrième puissance de la distance entre l'organisme et la cible.
La directionnalité joue également un rôle dans la dépense énergétique dans la production de signaux. Une augmentation de la directionnalité et une plage étroite se traduisent par une longueur d'atténuation plus longue. Une chauve-souris a une plage de détection plus large pour cibler les petits insectes volant à grande vitesse. Un dauphin produit un faisceau d'écholocation plus étroit qui se propage plus loin. Les poissons électriques émettent des signaux qui enveloppent tout le corps, ont donc une distance de propagation plus courte.
Atténuation
Atténuation : en plus de l'étalement géométrique, l'absorption et la diffusion de l'énergie pendant la propagation entraînent une perte d'énergie. La longueur d'atténuation est la distance à laquelle l'intensité tombe à 1 / e (37%) par rapport à l'intensité initiale. Des facteurs environnementaux tels que le brouillard, la pluie et la turbulence perturbent la transmission du signal et diminuent la longueur d'atténuation.
Longueur des appendices
Pour le système sensoriel de contact, seules les cibles à portée des appendices de contact sont détectables. L'augmentation de la longueur des appendices ajoute des coûts d'énergie physique en ajoutant du poids pendant la locomotion et des investissements pour la croissance. En guise de compromis, les moustaches de rats ne couvrent que 35% de leur corps. Pour minimiser les coûts, les mouvements rythmiques sont associés à des mécanismes de progression des insectes.
La visibilité
L'énergie libérée dans l'environnement par les organismes est sujette à la détection par d'autres organismes. La détection par des prédateurs et des individus concurrents d'une même espèce fournit une forte pression évolutive. Lorsqu'une détection active est utilisée, les niveaux d'énergie détectés au niveau de la cible sont supérieurs à ceux du signal de retour. Les proies ou les prédateurs ont évolué pour écouter les signaux de détection actifs. Par exemple, la plupart des proies d'insectes volants des chauves-souris ont développé une sensibilité à la fréquence des appels d'écholocation. Lorsqu'ils sont stimulés par un son aigu, les papillons de nuit s'engagent à éviter la trajectoire de vol. Les dauphins peuvent également détecter les clics ultrasoniques des épaulards. En retour, les épaulards produisent des clics de sonar plus irréguliers et isolés pour émettre des signaux moins visibles. Dans le cas du poisson-dragon barbelé, il utilise une lumière rouge que les autres poissons des grands fonds ne peuvent pas détecter.
Concepts associés
La décharge corollaire fait référence à la capacité de différencier ses propres mouvements et réponses aux événements moteurs externes. L'orientation et les actions sont cartographiées au niveau neuronal et mémorisées dans le cerveau. La décharge corollaire permet d'incorporer l'apport sensoriel en tant que résultat du système sensoriel et sert de système de rétroaction.
Réponse d'évitement de brouillage Des signaux spécifiques interfèrent avec la détection active d'individus partageant des habitats. Les poissons électriques tels que Eigenmannia ont développé un décalage réflexif des fréquences de décharge afin d'éviter les interférences de fréquence.