Pourquoi la vision humaine des couleurs est-elle si étrange ?

La plupart des mammifères dépendent de l'odorat plutôt que de la vue. Les yeux d'un chien, par exemple, sont situés sur les côtés de sa tête, et non rapprochés et tournés vers l'avant comme les nôtres. Avoir les yeux sur le côté est bon pour créer un large champ de vision, mais mauvais pour la perception de la profondeur et l’évaluation des distances. Faute d’une bonne vision, les chiens, les chevaux, les souris, les antilopes et la plupart des mammifères ont un long museau humide pourvu d’un bon odorat. Les humains et les singes sont différents et possèdent une vision très particulière.

Lorsqu’ils ont commencé à occuper le sol et des niches diurnes ou plus éclairées, les primates ont évolué pour être moins dépendants de l’odorat et plus dépendants de la vision. Nous avons perdu notre nez et notre museau humide, nos yeux se sont déplacés vers l'avant de notre visage et se sont rapprochés, ce qui a amélioré notre capacité à juger des distances, grâce à une stéréoscopie améliorée par la vision binoculaire. De plus, les singes catarhiniens ont développé la trichromie ou vision de 3 couleurs : rouge, verte et bleue. La plupart des autres mammifères ont deux types de cônes photorécepteurs de couleur, mais l'ancêtre des catarhiniens a subi une duplication génétique conduisant à trois gènes différents pour la vision des couleurs. Chacun d’entre eux code désormais pour un photorécepteur capable de détecter différentes longueurs d’onde de lumière : un aux longueurs d’onde courtes (bleu), un aux longueurs d’onde moyennes (vert) et un aux longueurs d’onde longues (rouge). 

Ainsi, l'histoire raconte que nos ancêtres ont développé des yeux tournés vers l'avant et une vision trichromatique des couleurs – et nous n'avons jamais regardé en arrière.

La vision des couleurs fonctionne en captant la lumière de différentes longueurs d'onde, puis en les comparant. Une couleur bleue stimulera fortement un récepteur aux courtes longueurs d’onde et stimulera faiblement un récepteur aux longues longueurs d’onde, tandis qu’une couleur rouge ferait le contraire. En comparant la stimulation relative de ces récepteurs à ondes courtes (bleu) et à ondes longues (rouge), nous sommes capables de distinguer ces couleurs.

Afin de capturer au mieux différentes longueurs d’onde de lumière, les cônes doivent être uniformément espacés sur le spectre de la lumière visible par les humains, qui est d’environ 300 à 700 nano microns (nm). Lorsque l’on regarde l’espacement des cônes de l’abeille, également trichromatique, on constate que l’espacement est bien uniforme. De même que les capteurs des appareils photo numériques. Cet espacement uniforme cône/capteur offre une bonne couverture spectrale des longueurs d'onde de lumière disponibles et une excellente couverture chromatique. Mais ce n’est pas exactement ainsi que fonctionne notre propre vision.

Notre propre vision a un espacement spectral inégal. Chez les humains et autres catarrhiniens, les cônes rouges et verts se chevauchent largement. Cela signifie que nous donnons la priorité à ces deux couleurs au détriment de la vision des autres couleurs. La question est de savoir pourquoi.

Plusieurs explications ont été proposées. Le plus simple est peut-être ce que les biologistes appellent contrainte évolutive. Le gène qui code pour notre récepteur vert et le gène qui code pour notre récepteur rouge ont évolué via une duplication de gène. Ils étaient probablement identiques à l'origine et il n’y aurait pas eu assez de temps et de sélection pour qu'ils deviennent très différents.

Une autre explication met l’accent sur les avantages évolutifs d’un arrangement étroit de cônes rouge-vert. Cela nous rendrait particulièrement doués pour distinguer les couleurs verdâtres à rougeâtres ainsi que les nuances de rose et de rouge ; nous pourrions alors être plus à même d’identifier les fruits en cours de maturation, qui passent généralement du vert au rouge et à l’orange à mesure qu’ils mûrissent. Il en existe de nombreuses preuves. Les humains trichromatiques sont bien meilleurs pour distinguer les fruits mûrissants du feuillage vert que les daltoniens dichromatiques (daltoniens rouge-vert). Mieux encore, les humains trichromatiques normaux sont bien meilleurs dans cette tâche que les individus ayant reçu expérimentalement une trichromie simulée à espacement régulier. Chez les singes du Nouveau Monde, où certains individus sont trichromatiques et d'autres dichromatiques, les trichromates détectent les fruits en train de mûrir beaucoup plus rapidement que les dichromates, et sans les renifler. Comme les fruits constituent un élément essentiel du régime alimentaire de nombreux primates, leur détection constitue une pression de sélection plausible, non seulement pour l'évolution de la trichromie en général, mais également pour notre forme spécifique et inhabituelle de trichromie.

Une dernière explication concerne la signalisation sociale. De nombreuses espèces de primates utilisent des couleurs rougeâtres pour la communication sociale, par exemple le nez rouge vif du mandrill ou la tache rouge sur la poitrine du gelada. De même, les humains indiquent leurs émotions par des changements de couleur sur le visage liés à la circulation sanguine, en étant plus pâles lorsque nous nous sentons malades ou inquiets, en rougissant lorsque nous sommes gênés, etc. Peut-être que la détection de tels signaux et signaux a pu être impliquée dans l’évolution de notre espacement inhabituel des cônes ?

Récemment, nous avons testé expérimentalement cette hypothèse. Nous avons pris des images de visages de femelles singes rhésus, qui rougissent lorsqu’elles souhaitent s'accoupler. Des observateurs humains voyaient des paires d'images de la même femelle, une lorsqu'elle était intéressée par l'accouplement et une lorsqu'elle ne l'était pas. Il a été demandé aux participants de choisir le visage correspondant, mais nous avons modifié la façon dont les visages apparaissaient à ces participants. Dans certains essais, les observateurs humains ont vu les images originales, mais dans d'autres essais, ils ont vu les images avec une transformation de couleur, qui imitait ce qu'un observateur verrait avec un système visuel différent.

En comparant ainsi plusieurs types de trichromie et de dichromie, nous avons constaté que les observateurs humains obtenaient de meilleurs résultats dans cette tâche lorsqu'ils voyaient avec une vision trichromatique humaine normale, plutôt qu'avec une trichromie à espacement uniforme des cônes, c'est-à-dire, sans chevauchement des cônes rouge-vert. Nos résultats étaient cohérents avec l'hypothèse de la signalisation sociale : le système visuel humain est le meilleur de ceux testés pour détecter les informations sociales sur les visages d'autres primates.

Cependant, nous n’avons testé qu’une condition nécessaire de l’hypothèse, à savoir que notre vision des couleurs est meilleure dans cette tâche que d’autres types de vision possibles que nous pourrions concevoir. Il se pourrait que ce soient les signaux eux-mêmes qui aient évolué pour exploiter les longueurs d’onde auxquelles nos yeux étaient déjà sensibles, plutôt que l’inverse. Il est également possible que plusieurs explications soient impliquées. Un ou plusieurs facteurs pourraient être liés à l'origine de notre espacement des cônes (par exemple, la consommation de fruits), tandis que d'autres facteurs pourraient être liés au maintien évolutif de cet espacement une fois qu'il a évolué (par exemple, la signalisation sociale).

On ne sait donc toujours pas exactement pourquoi les humains ont une vision des couleurs si étrange. Cela pourrait être dû à la recherche de nourriture, à des signaux sociaux, à une contrainte évolutive – ou à une autre explication. Cependant, il existe de nombreux outils pour étudier la question, tels que le séquençage génétique de la vision des couleurs d'un individu, la simulation expérimentale de différents types de vision des couleurs combinée à des tests de performances comportementales et l'observation de primates sauvages qui voient différentes couleurs. Il y a quelque chose d'étrange dans la façon dont nous voyons les couleurs. Nous avons donné la priorité à la distinction de quelques types de couleurs, au détriment de la possibilité de voir autant de couleurs que possible. Un jour, nous espérons savoir plus précisément pourquoi.