Fossettes thermosensibles

Introduction

La capacité de détecter le rayonnement infrarouge, ou «thermique», a évolué indépendamment chez les Viperidae/Crotalidae et dans plusieurs taxons de boas et de pythons. Anatomiquement, les fossettes faciales des vipères, se présentent sous la forme d’une paire de fossettes individuellement proéminentes, une de chaque côté de la tête, chacune située généralement entre l’œil et la narine. Celles-ci sont parfois appelés fossettes loréales, fossettes thermosensibles ou fossettes faciales. Chez certains boas et pythons, il existe de multiples structures de fossettes comparativement plus petites qui sont alignées sur des longueurs variables de la lèvre supérieure et parfois inférieure, dans ou entre les écailles. Celles-ci sont appelées fossettes labiales en contraste avec les fossettes loréales des vipères. Les fossettes faciales des vipères sont considérées comme plus avancées, et elles diffèrent par certains détails structuraux de ceux des boas et des pythons. Dans les deux cas, cependant, cet organe permet aux serpents de détecter le contraste thermique et de former des images spatiales liées au rayonnement de l’environnement dans les régions infrarouges du spectre électromagnétique. Le système d’imagerie infrarouge fournit une image spatiale de l’environnement thermique et complète ainsi le système visuel du serpent.

 

Fonctionnement

Une membrane mince servant d’antenne infrarouge est suspendue dans chacune des fossettes loréales. La membrane est riche en mitochondries, fortement vascularisée, et densément innervée par des fibres nerveuses afférentes primaires de la branche trigéminale du système somatosensoriel. Ces fibres transmettent des signaux infrarouges de la fossette loréale vers le tectum optique du cerveau, où elles convergent avec l’apport d’autres modalités sensorielles.

La fossette loréale des crotales est constituée d’une cavité obstruée dans sa partie moyenne par une membrane sensible à la chaleur et reliée au nerf trijumeau, nerf sensoriel de la face. La membrane absorbe le rayonnement infrarouge (longueur d’onde de 750 nm – 1 mm) incident et transmet l’excitation au nerf. Les fibres nerveuses de la membrane sont constamment allumées (potentiels d’action, ou «impulsions» nerveuses) à un faible taux déterminé par le rayonnement thermique moyen de tous les objets dans le champ réceptif. La sensibilité est de l’ordre de 3 millième de degré centigrade (CHIPPAUX, Jean-Philippe, 2002).
Chez les Viperidaes/Crotalidae, il y a environ 1 600 cellules sensorielles disposées sur la membrane, qui ont un champ de vision d’environ 100 degrés.

Chez les Boidae, l’épithélium tapissant le fond de la fossette est constitué de récepteurs sensoriels très superficiels, ce qui augmente leur sensibilité, bien qu’étant 5 à 10 fois inférieure à celle des Viperidae/Crotalinae. Leurs fossettes loréales sont réparties sur le museau et qui n’ont pas l’architecture complexe observée dans celles des Viperidae. Néanmoins, ils sont également vascularisés et innervés par des fibres trigéminales, mais à une densité plus faible. Le nombre de récepteur détermine de la précision de la localisation de la source de chaleur. L’angle de perception est de l’ordre de 5°. La détection thermique optimise la vision, notamment lors de la capture de la proie. Ainsi une proie en mouvement et dégageant de la chaleur est perçue à la fois par l’oeil et la fossette thermosensible, ce qui permet de la distinguer d’un objet fixe, même source de chaleur, ou d’un autre mobile mais froid.

La distance à laquelle les serpents peuvent détecter un stimulus infrarouge diffère également dans les deux groupes de serpents: environ 100cm dans les Viperidae et environ 30cm dans les Boidae.
La répartition spatiale de la chaleur dans l’environnement produit une image thermique sur la membrane de la fossette, mais elle est floue dans une large mesure. Dans le cerveau, cependant, la superposition de l’information permet une reconstruction de l’image floue sur la membrane, de sorte que ce que le serpent «voit» dans l’infrarouge de façon concevable et tridimensionnelle. Cela fournit un sens remarquable qui peut détecter la différence de température entre une proie en mouvement, comme une souris, et son environnement à l’échelle des millièmes de degrés Celsius.
 

Perception de l’environnement

La majorité des recherches comportementales sur l’utilisation du rayonnement infrarouge ont porté sur le ciblage et la capture de proies endothermiques telles que les rongeurs. Cependant, il semble également évident que les fossettes loréales peuvent être utilisées pour étudier toute la variation spatiale de l’environnement thermique, et cette information pourrait être utilisée pour juger les mouvements liés à la thermorégulation, ainsi que la capture des proies. En effet, des expériences ont démontré que les crotales utilisent leurs fossettes faciales pour guider les comportements thermorégulateurs. Dans une série de tests intéressants rapportés par Aaron Krochmal et George Bakken, un Crotalus atrox a choisi un refuge relativement frais lorsqu’on lui a donné des choix de sites de retraite simulant des conditions naturelles d’habitat chaud du désert. Les serpents ont détecté le terrier artificiel approprié à une distance d’environ 1 mètre. Cependant, lorsque les puits faciaux d’un serpent étaient bloqués avec du polystyrène isolant et recouverts d’un morceau d’aluminium pour refléter le rayonnement thermique, ils ne pouvaient pas localiser le terrier plus frais comme avant. Lorsque la feuille et le polystyrène ont été retirés, les serpents ont rapidement trouvé les terriers plus frais.
Les scientifiques considèrent maintenant que la capture des proies et la thermorégulation sont des fonctions documentées des fossettes faciales crotaliennes.

 

Sources:
CHIPPAUX, Jean-Philippe. Venins de serpent et envenimations. IRD éditions, 2002.
GRACHEVA, Elena O., INGOLIA, Nicholas T., KELLY, Yvonne M., et al. Molecular basis of infrared detection by snakes. Nature, 2010, vol. 464, no 7291, p. 1006.
LILLYWHITE, Harvey B. How snakes work: structure, function and behavior of the world’s snakes. Oxford University Press, 2014.