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L’œil et la vision par Canopé (les parties 1 et 2 correspondent à ce chapitre, les autres parties au chap 2)
Quelques animations intéressantes :
Logiciel à télécharger : l’œil et la vision de Perez
► Comment l’œil permet-il de percevoir les stimuli visuels (stimuli = modifications des paramètres physico-chimiques de l'environnement) ?
I-Le cristallin : une lentille vivante
Act 1 + TP 1
Schéma de l’œil (vue de face)
Œil disséqué
L’œil est l’organe de la vue. Il est constitué de plusieurs structures emboîtées les unes dans les autres :
La sclérotique, partie la plus externe, transparente à l’avant elle forme la cornée
La choroïde qui forme l’iris en avant de l’œil (partie colorée de l’œil)
La rétine qui tapisse le fond de l’œil.
Lorsque la lumière arrive dans l’œil elle traverse successivement 4 milieux transparents (en rouge sur le schéma) :
Le cristallin, en fonction de son étirement, va agir comme une lentille convergente :
Le cristallin : une lentille convergente
Au microscope, on observe que le cristallin est formé de cellules fibreuses qui ne contiennent pas de noyaux et pas d’organites. Ces cellules sont donc totalement transparentes.
Cellules du cristallin observées au microscope (X400)
En cas de cataracte les cellules du cristallin s’opacifient. Des protéines précipitent dans le cytoplasme et les cellules deviennent moins adhérentes entre elles (de l’eau remplit les espaces intercellulaires). Ce phénomène est souvent du au vieillissement. En effet, les cellules du cristallin se mettent en place pendant la vie embryonnaire et ne sont plus du tout renouvelées après l’âge de 20 ans.
Structure et organisation des cellules du cristallin
Métabolisme des cellules du cristallin dans le cas d'un fonctionnement normal et dans le cas d'une cataracte.
Act 2
Le cristallin est responsable de l’accommodation, c’est à dire la vision nette des objets plus ou moins proches. Il est capable en se déformant de modifier le trajet de la lumière ce qui assure la netteté des images rétiniennes. Ceci est possible grâce aux muscles ciliaires qui étirent plus ou moins le cristallin. Des défauts de la forme de l’œil ou une perte d’élasticité du cristallin entraînent des défauts de vision qu’il est possible de corriger en portant des verres correcteurs qui vont modifier la vergence des rayons lumineux de manière à ce que l’image formée au niveau de la rétine soit nette (nb cette image est inversée au niveau de la rétine).
Mécanismes d'accommodation de l’œil permettant une vision de près et de loin
Ce que je dois retenir :
Le cristallin fait partie des systèmes transparents de l’œil humain. Il est formé de cellules vivantes sans noyau
et sans organites.
C’est une lentille « biconvexe » qui assure une convergence des rayons lumineux sur la rétine.
Le cristallin est aussi responsable de l’accommodation, c’est à dire la vision nette des objets plus ou moins
proches. Il est capable en se déformant de modifier la vergence ce qui assure la netteté des images rétiniennes. Avec l’âge sa transparence et sa souplesse peuvent être altérées, ce qui entraîne des anomalies de vision.
La rétine est constituée de plusieurs couches de celles nerveuses. La plus profonde est constituée des photorécepteurs : cônes et bâtonnets, la couche intermédiaire de neurones bipolaires et la plus interne des neurones ganglionnaires (appelés multipolaires sur le schéma). Les prolongements de ces neurones forment le nerf optique.
Ce sont les photorécepteurs qui sont sensibles à la lumière. Lorsqu'un photon y parvient le photorécepteur réagit en émettant un message électrique (c'est la naissance du message nerveux). Celui-ci se propage dans le nerf optique en passant auparavant par les neurones bipolaires.
Il existe 2 types de photorécepteurs : les cônes et les bâtonnets. Ils contiennent chacun un pigment photosensible.
Les bâtonnets contiennent la rhodopsine très sensible à la lumière blanche : ils permettent une vision nocturne.
Les cônes contiennent l'opsine. Il existe 3 opsines sensibles à des longueurs d'ondes différentes , ils permettent ainsi la vision en couleur et permettent une meilleur acuité visuelle. Ce sont eux qui sont impliqués dans la vision diurne.
Au niveau de la fovéa qui se situe au centre de la rétine, on ne trouve que des cônes, ce qui explique la précision et la perfection des images formées à ce niveau : c’est donc le lieu où l’acuité visuelle est maximale (finesse des détails perceptibles) et la vison la plus fine.
Au fur et à mesure que l’on s’éloigne de la fovéa (rétine périfovéale), ce sont les cônes qui se font plus rares pour disparaître complètement au niveau de la rétine périphérique qui ne contient plus que des bâtonnets.
La tâche aveugle (ou point aveugle) correspond au point de convergence de tous les axones des neurones ganglionnaires constituant le nerf optique : c’est tout simplement le point de départ du nerf optique. Cet endroit est dépourvu de photorécepteurs, donc les stimuli lumineux ne peuvent pas être captés : pas de vision possible.
La vision en couleur chez l'Homme :
On parle de trichromatie ou de modèle trichromatique de la vision humaine, dans lequel toutes les sensations de couleur sont obtenues par des excitations variées des trois types de cônes. Pour une longueur d'onde donnée plusieurs cônes s'activent à des degrés différents. Le cerveau réalise l'équivalent d'une synthèse additive des couleurs.
Le daltonisme se manifeste par des perturbations de la vision des couleurs. Il est lié à une ou plusieurs mutations sur les gènes codant les opsines ce qui entraîne la défaillance dans la sensibilité à des longueurs d'ondes particulières. La forme la plus fréquente résulte de la déficience plus ou moins complète en cônes verts (deutéranopie). Plus rarement la mutation affecte les cônes rouges (protanopie) ou bleus (tritanopie) voire les trois (achromatopsie). Il s'agit d'un trouble héréditaire qui affecte beaucoup plus souvent les hommes (8%) que les femmes (0,5%) car c'est un caractère lié au sexe (gène porté par le chromosome X).
Gène des opsines
Pour mieux comprendre le daltonisme
La forme la plus fréquente résulte de la déficience plus ou moins complète en cônes verts (deutéranopie). Plus rarement la mutation affecte les cônes rouges (protanopie) ou bleus (tritanopie) voire les trois (achromatopsie).
Comment une personne protanope (ospine L absente) peut-elle percevoir le jaune alors que le jaune est obtenue par synthèse additive du vert et du rouge?
Il ne faut pas confondre synthèse additive des couleurs et vision des couleurs. Les opsines sont appelées (pour simplifier ) rouge, vert, bleu mais les zones de perception pour chaque cône se recouvrent beaucoup, en particulier pour le rouge et le vert.
Si on observe les cônes sensibles au rouge (ils sont absents chez le protanope), ils sont sensibles à des longueurs d'ondes comprises entre le jaune et le rouge. Sans eux la vision de ces longueurs d'ondes est impossible...Sauf que les cônes sensibles au vert sont en fait sensibles à des longueurs d'ondes comprises entre le bleu turquoise et l'orange. Le rouge ne sera donc plus perçu mais le jaune le sera encore. Ce sont donc bien toutes les nuances très rouges qui ne seront pas vues mais le jaune le sera. Les images contenant du rouge ne sont donc plus perçues telles quelles mais leur teinte est modifiée.
Ce que je dois retenir :
La rétine est un tissu nerveux constitué de plusieurs couches : les cellules photoréceptrices reliées à une 2ème couche de neurones, les cellules bipolaires, eux-mêmes connectés à une 3ème couche de neurones : les cellules ganglionnaires. Les axones des neurones forment le nerf optique.
Les photorécepteurs contiennent un pigment qui transforme l’énergie lumineuse en message électrique. Il existe 2 types de photorécepteurs :
- les bâtonnets qui contiennent de la rhodopsine, ils sont sensibles à très peu de lumière et permettent une vision nocturne en noir et blanc.
- Les cônes qui contiennent de l’opsine, ils ont besoin de beaucoup de luminosité pour être activés, ils permettent la vision diurne et en couleur.
Il y a 3 types d’opsine sensibles à des longueurs d’ondes différentes :
- L’opsine S sensible au bleu
- L’opsine M sensible au vert et
- L’opsine L sensible au rouge.
C’est l'activation par une longueur d'ondes de chaque type de cône à des degrés divers qui permet une vision trichromatique.
Chaque opsine est codée par un gène différent. Une absence ou un dysfonctionnement de l’un d’eux entraîne une vision dichromate, le daltonisme est le nom donné à ce trouble chez l’Homme.
III-les photorécepteurs : le résultat de l’évolution du vivant
1°) Les gènes des opsines : une famille multigénique
TP 3 partie 1
On admet que lorsque deux séquences nucléotidiques présentent plus de 20% de similitudes, ces similitudes ne peuvent être dues au hasard et témoignent d’une parenté entre les séquences. Les séquences sont alors qualifiées de séquences homologues. C'est le cas des séquences des gènes des 3 opsines.
Les 3 opsines dérivent donc d'un gène ancestral commun. On dit que ces 3 gènes appartiennent à une famille multigénique.
Le gène ancestral peut subir une duplication : il se retrouve alors en plusieurs exemplaires. Ces derniers peuvent rester sur le même chromosome ou être transposés. Ils subissent alors chacun des mutations différentes. Ce sont tous ces phénomènes qui aboutissent aux différents gènes actuels. Les similitudes trouvées entre ces gènes témoignent de cette évolution.
2°) Les opsines et les liens de parenté chez les primates
TP 3 partie 2
Lorsque l'on compare l'enchaînement des acides aminés des opsines de différentes espèces on s'aperçoit qu'elles sont parfois strictement identiques. Cela signifie que ces espèces sont extrêmement proches d'un point de vue évolutif.
En poussant l'analyse aux différents primates on a pu retracer l'évolution de ce groupe :
Cette étude a confirmé l'appartenance de l'Homme au groupe des primates.
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