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Les mammifères terrestres présentent une extraordinaire diversité sensorielle adaptée à leurs niches. Les carnivores (chiens, chats) ont des systèmes olfactifs extrêmement développés : le chien possède ~300 millions de récepteurs olfactifs (contre 6 millions chez l'homme) et ~1200 types d'OR, ce qui lui permet de détecter des concentrations de 10¹ M (un milliard de fois plus sensible que l'humain pour certaines molécules).

Les vibrisses (moustaches) des rongeurs et des carnivores sont des systèmes tactiles de haute précision. Comme les poutres d'Euler-Bernoulli, leur flexibilité = FL³/(3EI) dépend fortement de L et d : les moustaches longues et fines sont très sensibles aux petites forces. Les follicules de vibrisse ont la plus grande innervation de toutes les structures tactiles : environ 100 à 200 axones par vibrisse. Le cortex des vibrisses du rat (cortex en tonneau) a une représentation somatotopique 1:1 avec chaque vibrisse.

La vision nocturne des carnivores utilise le tapetum lucidum (couche réfléchissante derrière la rétine) pour donner aux photons une seconde chance d'être absorbés, doublant ainsi efficacement la sensibilité dans des conditions de faible luminosité. Le coefficient de réflexion r_tapetum 0,60,9 augmente la sensibilité de 1,61,9×. Le coût est une perte de résolution spatiale (deux photons du même objet peuvent arriver sous des angles différents).

Les rongeurs communiquent largement par le biais de vocalisations ultrasoniques (USV, 22 à 80 kHz) inaudibles pour les humains, utilisées lors des parades nuptiales, des jeux et des situations stressantes. Les jeunes produits appellent les USV à la mère lorsqu'ils sont séparés. Le système auditif des rongeurs est particulièrement adapté à ces fréquences : la membrane basilaire et les cellules ciliées sont optimisées pour 10 à 80 kHz.

Les vibrisses des phoques et des morses (mammifères aquatiques aux vibrisses très développées) méritent une mention particulière : leurs vibrisses ondulées agissent comme des filtres qui suppriment les turbulences inhérentes au mouvement (auto-mouvement) mais amplifient les perturbations du sillage hydrodynamique des proies, leur permettant de suivre le sillage des poissons à des distances allant jusqu'à 35 m avec un délai de 30 secondes.

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