La bioluminescence

« LUCIOLES O VERS LUISANTS La famille des 1..,.;,Ms compte prés de 2 000 espèces dans le monde.

Toutes , ou presque toutes, produisent une lumière de couleur jaune à verdatre, soit durant leur vie larvaire, soit duran t leur vie adulte, soit les deux .

Chez le lampyre, également appelé ver luisant seule la femelle , dépourvue d'aile et ressemblant à une larve, produ it de la lumière (d'o ù son nom de ver luisant).

Le male est ailé et ses yeux, de grande taille pour détecter les signaux de la femelle , sont disposés sur la face ventra le de la tête (et non sur les côtés comme chez les autres insectes).

Les lucioles regroupent d'autres espéces de la famille des Lampiridés (par exemp le celles des genres Photuris et Photinus ).

Mais, chez elles, femelles et males produisent de la lumière.

Autre différence avec les vers luisants, cette lumière est produit e de manière interm ittente alors qu'elle est continue chez le ver luisant RÉGULATION DE LA BIOLUMINESCENCE Dan s de nomb reux cas, les animaux bioluminescents peuvent cont rôler le signal qu'ils émettent mais cette activité est aussi influencée par les varia tions de l'environnement Divers types de stimuli sont capables de module r le signal lumineux .

INFLUENCE DU MILIEU Chez certaines espèces, la luminescence se déclenche à la suite d'un stimulus tactile et l'intensité de la réponse est souvent proportionnelle à la stim ulation.

Chez l'Urocordé Pyrosoma, un simple courant d'eau est susceptible de provoquer l'apparition de la lumière.

C'est également le cas pour les dinoflagellés (ém ission de lumière au passage d'un poisson , d'un bateau ou d'un nageur qui brasse l'eau ).

Une stimulat ion tactile • allume• également le photophore du poisson lantern e du genre Myctophurn .

Des cténophores et des vers polychètes réagissent de façon similaire.

La température joue également un rôle.

les basses températur es étant plutôt inhibitrices et les hautes températures stimulatrices.

La lumière et les stimuli lumineux n'ont généralement pas d'influence directe.

Mais, quand c'est le 1---------------l cas, ils ont la plupart du temps un effet réflecteurs.

Ils peuvent être constitués à part ir d'un simple repli de la peau ou bien être des structures indépendantes .

Présents en abondance chez les poissons et les céphalopodes, ils sont d'une extrême variété, tant en nature qu'en nombre Gusqu'à plusieurs centaines sur un même individu).

Chez les Cranchiidés comme Leochio cyduro, des céphalopodes ressemblant à des calma rs, les photophores sont constitués d'une masse sphérique de cellules photogènes acco lées à un réflecteur en tissu conjonctif et reposant à la surface du corps.

Chez le céphalopode Lycoteuthis, le réflecteur est un système complexe de structures lamellaires et de lentilles.

SYMBIOSE IAaillENNE Cert aines bactéries libres ou symbiotiq ues sont capables de produire de la lumière.

On trouve des espèces libres menant une existence indépendante ou commensale, comme Pllotobadrri11• et Vibrio, qui se développent dans le tube digestif de poissons marins et d'invertébrés marins ou d'eau douce.

Les espéces symbiotes , comme Xenorhabdus luminescens qui vit en symbiose dans un ver parasi te d'une chenille, colonisent tout l'organisme hôte ou sont logées dans des organes spécifiques (les photophores ).

La lumin escence d'origine bactérienne est particulièrement répandue chez les poissons et les invertébrés de type céphalopode.

inhibiteur .

Chez des anthozoaires comme Renilla ou des drnapl,orrs , l'obscurité stimule la biolumi­nescence.

Enfin , la salinité du milieu marin joue également un rôle.

En général , les solutions hypo­ osmotiques (de concent ration faible ) déclenchent les processus lumineux.

Quant aux ions, ils ont des effets variables : le potassium et le sodium activent le processus, tandis que le calcium et le magnésium inhibent l'activation par le sodiu m.

CONT IOLE DE LA LUMINE SCENCE Ce contrôle peut être réalisé de manière directe ou indirecte.

Dans le contrôle direct le système nerveux de l'animal déclenche la production de lumière en réponse à un stimu lus.

Le cas de figure le plus simp le est celui de la sécrétion d'une substance lumineuse dans l'environnement Lorsque le mélange chimique est contenu dans un réservoir , l'expulsi on peut se faire par simple contraction de muscles qui vont comprimer et forcer la vidange du réserv oir.

Ce mode de fonctionnement est tout à fait comparab le à celui d'une glande classique .

Les influx nerveux peuvent aussi intervenir au niveau des photocytes en déclenchant le phénomène d'exocytose qui va libérer le mélange luciférinefluciférase à l'extér ieur de la cellule .

Mais , dans bien des cas (par exemple, si la luminescence est due à des bactéries symbio tiqu es), la lumière est émise de manière continue et sa producti on ne peut pas être contrôlée directement Chez les poissons téléostéens du genre Photoblepharon, le système nerveux déclenche la contraction de muscles qui vont faire monter un repli de peau sombre (un peu comme une paupière ) devant la source lumineuse .

Chez Anomalops , par contre, les muscles vont provoquer la rotation de l'organe lumineux sur lui­ même de manière à ce que la face non éclairée soit exposée vers l'extérieur.

Chez le céphalopode Wotosenio sdntillons ou chez des poissons du genre Coelorhynchus et Hyrnenocephalus l'émission du photophore est masquée par la dilatation de chromatophores (cellules pigmentaires de couleur variable).

l'alternance entre dilatation et contraction des chromatophores permet de produire des flashes lumineux.

RÔLE DE LA BIOLUMINESCENCE Si certaines espèces animales produisent de la lumière , ce n'est pas pour des raisons esthétiques.

Ce signal lumineux a un rôle important dans leur répertoire comportemental.

On peut distinguer plusieurs types de situations dans lesquelles la bioluminescence intervient ÉCLAllAGE La première raison qui vienne à l'esprit sur l'intérêt de produire de la lumière est tout simplement de s'éclairer pour voir ce que l'on fait Mais , dans le monde des animaux, cette utilité est très peu répandue : tout simplement parce que ces derniers sont en géné ral dotés de systèmes sensoriels et de comportements adaptés à leur environnement Il semble toutefois que les lucioles (du genre Photuris , Coléoptères de la famille des Lampyrid és) aient recours à leur lumière pour réaliser un atterrissage nocturne sur une feuille.

Dans l'obscurité des abysses, un poisson appelé Malacosteus possède deux types de photophores.

L'un deux produit une lumière rouge de grande longueur d'onde, invisib le à l'œil humain et à ceux de ses proies.

mais à laquelle sa rétine est sensible.

Il peut ainsi voir sans être vu.

On pense que cet éclairage lui sert pour repérer ses proies dans l'obscurité.

Les espèces des genres Amtostomlos et Pachystomias qui viven t aussi dans les océans tempérés à plus de 500 mètres de fond, auraient munie s de flagelles) ont aussi recours à des flashes pour se protéger contre les copépodes qui les dévorent.

Des calmars (comme Heteroteuthis dispor) ou des petits crustacés (des crevettes d'eaux profond es des genres Oplophorus, Systellaspis ou Acanthephyra) sont capables de projeter un liquide luminescent sur leur attaquant ce qui leur permet de s'enf uir en étant moin s visibles et déroute leur poursuivant Ce • jet de lumière • a un rôle comparable au jet d'encre, plus classique, des calmars et des seiches.

li est composé de mélanges chimiques bioluminescents, voire de boues contenant des bactéries luminescentes.

Si les organes lumineux sont disposés le long des nageoires et du corps, la production de lumière peut faire paraitre l'animal plus gros qu,1 ne l'est en réalité et décourage r un attaquant.

Dans d'autres cas, la luminescence est utilisée comme un leurre.

Les vers Annélides Polychètes du genre Acholoe , par exemple , portent sur le dos des sortes• d'élytres » lumineux.

S'ils sont poursuivis, ils les laissent tomber derriè re eux ce qui détourne l'intérêt du prédateur et leur permet de prendre la fuite.

Le poisson nocturne flllotoblrphoron possède un organe dont la lumière est régulièrement masquée par une sorte de paupière.

Cette alternance entre • signal visible • et • plus de signal • déroute les prédateurs.

Ces derniers ont bien du mal à suivre et à prédire la trajectoire du poisson qu'ils convoitent ÙMOUFLAGE Cela peut paraître étonnant à première vue (car la lumière rend plus visible), mais certains animaux utilisent la lumière pour se camoufler et disparaître (ou tout au moin s réduire leur visibilité ) aux yeux des préd ateu rs.

C'est le cas, par exem ple, de certaines espèces de poissons des profondeurs moyennes .

Leur ventre est bioluminescent si bien que les prédateurs situés en dessous ne distinguent pas leur silhouette sur le fond lumineux de la surface de l'océan .

A l'inverse , les espèces n'utilisant pas ce stratagème sont visibles sous forme d'une silhouette sombre et sont plus vulnérab les.

recours à cette "'P,.,1l_GE_...,....-::,----,:--:---,,---- technique .

Si les proies utilisent la lumière pour Toutefois , cette échapper aux prédateurs, des lumière rouge prédateurs utilisent aussi la lumière se propageant pour capture r leurs proies.

mal dans l'eau, l'éclairage ne doit être L'exemple des poissons possédant un efficace que sur quelques mètres.

appendice lumineux devant leur PIOTECTION La bioluminescence est utilisée de diverses manières pour se protéger contre les prédateurs .

Certaines espèces de méduses ou d'anémones , par exemple , produisent des éclairs lumineux brefs et inattendus qui effraient les prédateurs.

Les dinoflagellés (de petites algues marines bouche est le plus connu (par exemple la baudroie abyssale ).

Attirées par la lumière, les proies se jetteraient directement dans la • gueule du loup •· En réalité, ce système de chasse n'a jamais été observé • en vrai • et reste une simp le hypothèse dont la réponse n'est pas du tout assurée.

Par cont re, les femelles lucioles du genre Photuris ont recours à ce genre de piège.

Comme les autres lucioles, elles attirent les males par une séquence d'éclairs donnée pour pouvoir s'accouple r.

Mais lorsqu'elles ont faim , elles imitent la séquence d'une autre espèce.

Les males s'approchent croyant avoir trouvé une compagne , et se font dévorer.

COMMUNIC ATION Dans un très grand nombre de cas, la luminescence sert de moyen de communication entre membres d'une même espèce.

En particulier, elle permet aux males et aux femelles de se trouver, de se sédui re et de s'accoupler.

Dans ces cas, les caractéristiques de la lumière émise (sa couleur, la disposition et la forme des photophores etc.

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) sont spécifi ques d'une espèce donnée et ont le même rôle que les couleu rs ou les ornements chez des espèces vivan t en pleine lumière .

Le rôle de la bioluminescence a été très étudié chez les lucioles.

Chaque espèce est caractérisée par un type de signal bien particulier : éclairs lumineu x produits par les males et séparés par un intervalle de temps bien défini, puis répon se de la femelle après le second éclair à une durée bien déterminée .

Ce codage permet à des espèces voisines de cohabiter dans un même endroit sans interfé rer.

Chez le ver luisant (ou lampyre commun, Lompym noctlluco ), la femelle est dépourvue d'ailes et produit un signal lumineux pour attirer les males.

Ce signal est simp lement caractérisé par sa couleur et son intensité.

Des invertébrés marins tels que les petits crustacés ostracodes Vargu la se livrent à une sorte de • danse • laissant une trace lumineuse caractéristique de leur espèce par son orientation et son intensité.

Chez les poissons d'eau profonde , le rôle de la lumi ère n'est que supposé (les parades n'ont jamais été observées), mais on consta te un dimorphisme sexuel au niveau des organes lumineux qui conforte cette hypothèse.

Ce constat est également fait chez des cépha lopodes comme les calmars.

Enfin, les femelles de certaines espèces de pieuvres ne portent des photophores que pendant leur période de maturité sexuelle.

PHOSPHOIESCENCE.

FLUOIESCENCE.

ne .

Tous ces phénomènes physiques produisent de la lumière , mais résuhent de mécanismes un peu différents.

La luminescence regroupe tous ces processus de production de lumière froide (donc avec un dégage ment de chaleur très limité, contrairement à l'incandescence).

Ces process us sont : la chimiluminescence, l'électr o­ luminescence.

la photoluminescence , la triboluminescence, la thermo­ luminescence, la fluorescence.

La phosphorescence est proche de la fluorescence, mais la production de lumière n'est pas immédia te, elle peut même être très étalée dans le temps .. »