Que voient les fourmis?

Les autres réponses à leffet quil faut de grandes optiques pour voir les détails fins sont en effet vraies pour les optiques dimagerie conventionnelles qui détectent le champ lointain électromagnétique ou champ radiatif ie celui dont la composante de Fourier à la fréquence $ \ omega $ peut être représentée comme une superposition linéaire dondes planes avec des vecteurs donde à valeur réelle $ (k_x , \, k_y, \, k_z) $ avec $ k_x ^ 2 + k_y ^ 2 + k_z ^ 2 = k ^ 2 = \ omega ^ 2 / c ^ 2 $. Cest le genre de champ auquel la limite de diffraction dAbbe sapplique et limite les « yeux » comme les nôtres comprenant des optiques dimagerie et des rétines, ou même des yeux composés comme ceux de une fourmi.

Cependant, ce nest pas tout le champ électromagnétique: très proche des objets qui interagissent avec lui, le champ électromagnétique comprend des composants de champ proche ou de champ évanénescent . Ce sont des ondes planes généralisées pour lesquelles:

1. La composante du vecteur donde dans une certaine direction $ k_ \ parallel $ est supérieure au nombre donde $ k $ et peut donc encoder des variations spatiales potentiellement beaucoup plus petites quune longueur donde;

2. La composante du vecteur donde $ k_ \ perp $ orthogonale à cette direction doit donc être imaginaire , de sorte que $ k_ \ parallel ^ 2 + k_ \ perp ^ 2 = k ^ 2 $ puisse être rempli.

Donc, de tels champs se désintègrent de façon exponentielle avec la distance de la perturbation au champ électromagnétique qui les a engendrés et ne peuvent donc normalement pas contribuer à une image formée par un système dimagerie.

Cependant, si vous pouvez amener vos capteurs dimage suffisamment près de la perturbation, vous pouvez toujours enregistrer les détails encodés dans les composants évanescents plus fins que la longueur donde. Cest le principe du Microscope optique à balayage à champ proche .

Le capteur de microscope optique à champ proche peut être extrêmement petit, de sorte quune bactérie une forme de vie de taille pourrait enregistrer des détails inférieurs à la longueur donde dans le monde qui lentoure avec des récepteurs construits à partir de quelques molécules tant que la forme de vie était suffisamment proche du détail en question. Notez que, quand $ k_ \ parallel > k $ que les champs se désintègrent comme $ exp (- \ sqrt {k_ \ parallel ^ 2-k ^ 2} z) $ avec une distance croissante $ z $ de leurs sources. Il y a donc un compromis entre à quel point nous pouvons voir plus fin quune longueur donde avec un tel capteur et à quelle distance de la source nous devons être pour la voir. Si nous voulons voir des caractéristiques un dixième de la longueur donde de la lumière visible, alors $ k \ approx 12 {\ rm \ mu m ^ {- 1}} $ et $ k_ \ parallel \ approx 120 {\ rm \ mu m ^ { -1}} $, de sorte que lamplitude du champ proche décroît dun facteur $ e $ pour chaque centième de longueur donde éloignée de la source du détecteur. Ainsi, nous perdons environ 10 dB de rapport signal / bruit pour chaque centième de distance de longueur donde qui sépare le détecteur et la source. Donc, pour détecter des détails aussi fins (structures de 50 nm) à un micron de distance, il faudrait des sources de lumière extrêmement puissantes, de sorte que les détecteurs aient un signal très propre.

Bien sûr, ce qui précède est un exemple extrême, mais si vous « êtes une forme de vie de la taille dune bactérie détectant directement le champ à laide dun réseau finement espacé de capteurs moléculaires, vous pourrez peut-être » voir « les caractéristiques du monde en dessous de la longueur donde dans votre voisinage immédiat. De plus, il est possible de concevoir une minuscule créature « sentant » son voisinage en utilisant des microscopes moléculaires à force atomique .

Donc, oui, si vous incluez toute la physique et que vous tenez compte de la condition que vous devez vous approcher très près des objets détectés, il serait possible pour une forme de vie de la taille dune bactérie de voir les détails en dessous de la longueur donde dans son immédiat voisinage, peut-être même des atomes individuels si nous incluons la détection de force atomique.

Bien sûr, intégrer tout le «cerveau» de traitement du signal dans la forme de vie nécessaire pour comprendre ces informations pourrait être une tout autre affaire.

Les fourmis nont que des yeux à basse résolution, à part trois ocelles – des yeux simples – qui ne détectent quun niveau de lumière global et une polarisation, voir

http://en.wikipedia.org/wiki/Ant#Morphology

Leur capacité à voir les détails – les petits objets et leurs caractéristiques – est bien pire que pour les vertébrés comme nous. Suggérer que les animaux – en particulier les animaux primitifs comme les fourmis – pourraient voir des bactéries est ridicule.

La longueur donde de la lumière visible est denviron un demi-micron – ce qui est également la taille de nombreuses bactéries. Ainsi, vous ne pouvez rien voir à lintérieur des bactéries avec la lumière visible, même pas avec une technologie de pointe. Pour voir des objets plus détaillés, vous devez passer aux rayons X ou aux électrons et créer de meilleurs microscopes.

Il est encore plus irréaliste de proposer qu’une personne – ou même une fourmi – puisse voir un atome (qui est 10 000 fois plus petit qu’une bactérie) à travers la lumière visible.

Vous ne pouvez pas simplement agrandir les choses et Le monde nest pas invariant sous les transformations déchelle, disons-nous. Différentes échelles de longueur voient différents types de phénomènes physiques et différents objets physiques. Latome dun type donné a toujours la même taille et vous ne pouvez pas lagrandir. De plus, vous navez même pas fait la mise à léchelle correctement parce que vous navez pas mis à léchelle la longueur donde de la lumière. De plus, la vision avec une résolution détaillée nécessite des « circuits assez grands » pour traiter les informations, etc.

Dailleurs, cela vaut même pour les accélérateurs. Le LHC est notre meilleur « microscope » qui peut voir des distances inférieures à 10 $ ^ {- 19} $ mètres – mais pour ce faire, il nécessite des tunnels avec les meilleurs aimants de 27 kilomètres de long. Des objets aussi petits que des fourmis ne peuvent pas « voir avec cette bonne résolution, et même sils le pouvaient, ils ne pourraient pas gérer lénorme quantité dinformations que leurs yeux leur donneraient.

Des animaux assez grands – par exemple mammifères – voyez le monde comme nous le faisons. Il existe des différences bien connues entre les couleurs auxquelles les différents mammifères sont sensibles. Les chiens sont, par exemple, partiellement daltoniens, relativement à ce que nous pouvons faire.

Commentaires

• Le demandeur a spécifiquement indiqué dans la question que le la vision des fourmis nétait quune métaphore et sa question portait sur la nature de la lumière. Il n’est pas  » ridicule  » de proposer la question, car vous avez ressenti le besoin de l’énoncer plus d’une fois. Il est ridicule de réprimander les nouveaux venus sur ce forum pour avoir posé des questions, comme vous mavez fait il y a un instant (le lien suit), et à ce demandeur tout à lheure.
• Cher Olhovsky, vous ‘ n’a pas raison – ou quelle ‘ est la bonne façon de dire que vous ‘ a tort sans vous réprimander. 😉 Lidée que lon puisse voir des bactéries ou des atomes est principalement ridicule et exactement car elle contredit la nature fondamentale de la lumière, à savoir quelle est faite dondes. On peut utiliser toutes les métaphores mais à la toute fin, la physique a un contenu qui nest pas une métaphore. Dans mon pays qui n’est pas à la pointe de la technologie, le fait que la lumière soit faite de vagues est enseigné dans les écoles de base, donc je me réserve le droit de dire que les personnes qui ne connaissent pas ce point précis manquent d’éducation de base. li> Et si le problème concerne les nouveaux arrivants, permettez-moi de dire que je trouve le flot récent de questions de mauvaise qualité frustrant, en effet. Le but de ce serveur nest pas dattirer un nombre maximum de  » nouveaux arrivants  » aléatoires qui écrivent des séquences arbitraires de mots avec au moins une question marque. Il y a quelques mois à peine, cela était supposé – et était presque dans la pratique – un véritable serveur pour poser et répondre aux questions sur la physique par des personnes qui connaissent réellement la physique. – Et merci, Robert, au fait.
• @ Luboš, je suis daccord que la qualité des questions a diminué, mais je pense que les gens qui connaissent réellement un peu de physique ne posent pas de questions, pour quelque raison que ce soit. Lorsque les nouveaux arrivants arrivent, ils trouvent immédiatement des exemples de questions qui leur semblent plus stupides que leur question, alors pourquoi ne pas la poser? Les questions difficiles sont difficiles à trouver et ne recevront probablement pas de réponse. Sil y avait une prépondérance de questions difficiles, les questions de faible qualité pourraient être reportées.Ce que les nouveaux venus ‘ ne voient pas, de sorte qu’ils ‘ ne sont pas rebutés par eux, ce sont les réponses qui donnent aux questions de mauvaise qualité ils ‘ sont stupides.
• Wow, je nai ‘ pas été qualifié de stupide de bien des façons intéressantes et quelque temps. Je mexcuse si la question était assez ésotérique pour vous, je ‘ essayer de faire mieux la prochaine fois, mais il sagissait de physique, ce nétait pas ‘ t à propos de la programmation, par exemple, donc je ‘ ne sais pas quel est votre reproche. Si vous avez si peu réfléchi à la question, pourquoi ne pas voter contre et ne pas y répondre? Aussi, je nai pas ‘ t  » proposé  » que lon puisse voir des atomes, jai demandé , et cest théorique, pas pratique, mais en supposant une résolution parfaite, alors, et en utilisant la lumière visible, à quoi ressemblerait le monde  »  » à cette échelle?

Le monde des fourmis est bien plus ordonné par la réception chimique et les phéromones que par la vision . Les fourmis produisent une gamme de ces produits chimiques qui agissent comme des signaux. Ils détectent également dautres produits chimiques dans leur environnement, et comme ce que lon pourrait appeler un «super-organisme», ils ont une carte collective, une carte chimique, du terrain quils habitent.

Les fourmis ont des yeux composés, et elles sont assez petits. Pour la plupart, leur objectif est de détecter les changements soudains des niveaux de lumière. Une fourmi qui le perçoit reçoit alors le signal quun prédateur pourrait être présent et quil est donc normal de sortir de là.

Certaines espèces de bacétéria ont des molécules dopsine photoactives. Ainsi, la réception de photons peut entraîner des changements dans lactivité de la voie moléculaire. La molécule de rhodopsine dans nos yeux ou rétine a deux états conformes pour la réception et la non-réception dun photon. Lénergie du photon change la forme de la molécule et cela agit alors pour initier une voie moléculaire GTP qui est finalement amplifiée en un potentiel daction neuronale. La rhodopsine est une forme de molécules dopsine qui, dans leur classification générale, chevauchent également les molécules photosynthétiques de certaines bactéries. Cependant, les bacilles ne forment aucune sorte dimage de quoi que ce soit.

Pour quun bacille «voie» un atome, il doit détecter les rayons gamma. Les rayons gamma sont largement en dehors du spectre EM disponible pour les systèmes biologiques. En fait, ils sont mortels.

Commentaires

• Je vois que vous avez de nouveau été rétrogradé :).
• I ‘ ve a fusionné les deux instances de votre ou vos comptes. Vous pouvez signaler lattention du modérateur lorsque cela se produit.

En ce qui concerne la fonction de la lumière: Oui, vous pouvez réduire (jusquà un certain point). Jai travaillé sur un ASIC (Application Specific Integrated Circuit) qui utilisait un procédé de 8 microns (Cro-magnon selon les normes actuelles). Je ne pouvais pas voir le détail de ces circuits dans le produit fini (beaucoup trop petit) MAIS ils étaient fait essentiellement (je simplifie énormément) avec ses images photographiques très simples produites par la lumière (au-delà de la portée de la lumière visible). Pour le dire autrement: le détail résoluble disponible à partir de la lumière est loin, beaucoup plus fin que lœil humain non assisté peut voir.

Les biologistes affirment que les aigles peuvent voir des détails environ 10 fois plus nets quun humain (et lœil dun aigle est nettement plus petit quun œil humain).

Ce que je ne fais pas. Je sais, cest là que la taille physique de lœil limite les détails. Je ne vois aucune raison pour laquelle il ne pourrait pas être réduit … WAY down. Mais je ne suis pas biologiste et (heureusement) pas une fourmi. Il serait intéressant de savoir où se terminent les plus petits globes oculaires et où les autres appareils qui voient prennent le dessus.

Ainsi, votre exemple de descente là où vous pourriez voir des bactéries présente un point de rupture intéressant: il ny a théoriquement pas problème de voir une bactérie (taille denviron 1000 nm) à lextrémité inférieure de la lumière UV (extrémité supérieure de la lumière visible par lhomme), longueur donde denviron 400 nm. Mais les détails seraient évidemment un peu flous. La bactérie apparaîtrait comme une goutte floue, et aucune lunette naiderait. La limite théorique des microscopes optiques modernes pour résoudre les détails est de 200 nm (en utilisant une lumière «verte» de 550 nm).