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Photosensibilité, audiosensibilité, thermosensibilité, chimiosensibilité et magnétosensibilité

Les humains n’utilisent qu’une région limitée du spectre électromagnétique, la partie appelée lumière visible, qui s’étend de 400 à 700 nanomètres de longueur d’onde. Si les plantes, les algues, les bactéries photosynthétiques et la plupart des animaux sont sensibles à cette même gamme de longueurs d’onde, beaucoup sont également sensibles à d’autres longueurs d’onde. De nombreuses plantes présentent des motifs floraux visibles uniquement dans la gamme des ultraviolets, à des longueurs d’onde inférieures à 400 nanomètres, auxquelles les insectes pollinisateurs sont sensibles. Les abeilles utilisent la lumière polarisée, que l’œil humain est incapable de détecter, pour s’orienter par temps partiellement nuageux. La « fosse » des vipères à fosse, comme le crotale, est un récepteur infrarouge (chaleur) qui sert de goniomètre. Ces reptiles détectent les radiations thermiques émises par les mammifères et les oiseaux, leurs proies à sang chaud. Les humains sont entièrement insensibles à ce rayonnement thermique.

Que certains animaux comme les chiens soient sensibles à des sons que l’oreille humaine ne peut pas détecter est évident pour ceux qui utilisent des sifflets pour chiens. Les chauves-souris émettent et détectent des ondes sonores à des fréquences ultra-hautes, de l’ordre de 100 000 cycles par seconde, soit environ cinq fois la plus haute fréquence à laquelle l’oreille humaine est sensible. Les chauves-souris ont écholocalisé leurs proies à l’aide de ces sons pendant des millions d’années avant que l’homme n’invente le radar et le sonar. Les récepteurs audio de nombreux papillons de nuit qui sont la proie des chauves-souris ne répondent qu’aux fréquences émises par ces dernières. Lorsqu’ils entendent les sons émis par les chauves-souris, les papillons de nuit prennent des mesures d’évitement. Les dauphins communiquent via une très large gamme de fréquences. Ils emploient un écholocateur à « clic ».

Certaines espèces animales bénéficient d’organes hautement spécialisés et exotiques pour la détection ou la transmission des sons. Les dauphins et les baleines utilisent leur évent plutôt que leur bouche pour émettre leurs sons.

L’odorat et le goût, ou une forme de détection de molécules chimiques spécifiques, sont universels. Le summum de la spécialisation olfactive est peut-être atteint par les papillons de nuit mâles, dont les antennes plumeuses sont sous-tendues par des microtubules évasés, dont chacun est recouvert d’une membrane à l’extrémité distale. Ils ne sentent pratiquement rien, si ce n’est le composé époxyde appelé disparlure, l’attractif sexuel chimique émis par la femelle. Il suffit que 40 molécules par seconde aient un impact sur les antennes pour produire une réponse marquée. Un ver à soie femelle n’a besoin de libérer que 10-8 gramme (4 × 10-10 once) d’attractif sexuel par seconde pour attirer tous les vers à soie mâles dans un rayon de quelques kilomètres.

Les bactéries magnétotactiques détectent le champ magnétique terrestre. Les bactéries à la recherche du pôle Nord nagent vers l’interface sédiments-eau en suivant les lignes de force magnétiques. Les bactéries magnétotactiques flagellées qui recherchent le pôle Sud font de même dans l’hémisphère Sud. Étant donné que les bactéries étudiées sont microaérophiles (c’est-à-dire qu’elles ont besoin d’oxygène à des concentrations inférieures à celles de l’environnement), les chercheurs de pôles ont tendance à arriver dans des sédiments appauvris en oxygène, ce qui leur permet de poursuivre leur croissance et leur reproduction. Des études ultrastructurales révèlent la présence dans leurs cellules de magnétosomes, de minuscules cristaux à domaine unique de magnétite, un oxyde de fer minéral sensible aux champs magnétiques, ou de greigite, un sulfure de fer minéral. Les magnétosomes sont alignés le long de l’axe de la cellule et servent à orienter les bactéries sensibles. Tous les différents types de bactéries magnétotactiques portent des magnétosomes dans leurs cellules. La question de savoir si la magnétotaxie est causale dans l’orientation des pigeons voyageurs, des abeilles qui dansent par temps nuageux ou d’autres animaux qui s’orientent instinctivement est à l’étude.

En dehors des sens familiers que sont la vue, l’ouïe, l’odorat, le goût et le toucher, les organismes possèdent une grande variété d’autres sens (voir ci-dessus Capacités et conscience sensorielles). Les gens ont des systèmes d’orientation inertiels et des accéléromètres dans le canal cochléaire de l’oreille. Le scorpion d’eau (Nepa) possède un fathomètre sensible aux gradients de pression hydrostatique. De nombreuses plantes possèdent des capteurs de gravité chimiquement amplifiés, constitués de chloroplastes modifiés. Certaines algues vertes utilisent des systèmes de détection de sulfate de baryum et d’ions calcium pour détecter la gravité. Les lucioles et les calmars communiquent avec leurs congénères en produisant des motifs lumineux changeants sur leur corps. Le poisson d’eau douce africain nocturne Gymnarchus niloticus utilise un générateur de champ électrostatique dipôle et un capteur pour détecter l’amplitude et la fréquence des perturbations dans les eaux turbulentes.