La Bioluminescence
La bioluminescence est un mot greco-latin "bio" signifiant "vie" et "lumen", "lumière".
La bioluminescence est l'une des formes de la luminescence, mais elle ne doit pas être confondue avec la fluorescence ou la phosphorescence. Elle crée de la lumière dite "froide" car moins de 20% de la lumière émise génère de la chaleur.
La bioluminescence se traduit par la production puis l'émission de lumière par un organisme vivant. Elle résulte d'une réaction chimique lors de laquelle l'énergie chimique est transformée en énergie lumineuse.
On estime qu'actuellement, 90% d'espèces vivant dans les abysses (fonds océaniques situés à plus de 2000 mètres de profondeur) produisent de la bioluminescence qui peut prendre des formes différentes. La bioluminescence terrestre est plus rare. Les formes de bioluminescence terrestres les plus connues sont les lampyres (coléoptére nommé communément "vers luisant") et les lucioles. Mais la présence de bioluminescence a aussi été observée chez d'autres insectes, des arachnides (araignées) et même chez certains champignons.
 |
 |
De jour |
De nuit |
La production de bioluminescence est obtenue par une réaction chimique. Le composé chimique à l'origine de la luminescence est la luciférine dite "substrat luminescent".
La luciférine est oxydée par une enzyme : la luciférase qui catalyse la réaction bioluminescente.
Cette réaction se produit en présence de dioxygène et d'énergie : l'ATP.
L'ATP (adénosine triphosphate) est un composé contenant du phosphate et qui possède un fort potentiel énergétique. On trouve l'ATP dans le cytoplasme des cellules vivantes et les mitochondries (qui jouent un rôle important dans la production d'ATP). Les cellules musculaires n'utilisent pas diresctement les sucres, comme le glucose, mais une molécule énergétique directement disponible : l'ATP.
La réaction chimique peut avoir lieu à l'intérieur ou à l'extérieur de la cellule. Chez les bactéries, l'expression des gènes liés à la bioluminescence est contrôlée par un opéron appelé lux opéron.
note : Un opéron est un groupe de gènes comprenant un opérateur (accepteur de l'enzyme de transcription), un promoteur commun, et un ou plusieurs gènes structuraux qui sont contrôlés pour produire des ARN messagers (ARNm). Les opérons sont présents principalement chez les cellules procaryotes et les nématodes.
Réaction simplifiée : (Luciférine + ATP) + (Luciférase + Dioxygène) --> Oxyluciférine + Photons
La majorité des émissions lumineuses marines appartiennent au spectre lumineux du bleu et du vert, les longueurs d'onde qui peuvent être transmis aisément à travers l'eau. Plus rarement, certaines espèces émettent dans le rouge ou dans l'infrarouge.
Il existe différents types de bioluminescence. On peut la diviser en trois types principaux :
- La bioluminescence intracellulaire
- La bioluminescence extracellulaire
- La bioluminescence des bactéries symbiotiques
- La bioluminescence intracellulaire est générée par des cellules spécialisée du corps de certaines espèces pluricellulaires dont la lumière est émise vers l'extérieur à travers la peau ou intensifiée par des lentilles et des matériaux réfléchissants (comme les cristaux d'urate des lucioles ou les plaques de guanine de certains poissons). Ce type de bioluminescence est celle de nombreuses espèces de calamar.
- La bioluminescence extracellulaire est réalisée à partir de la réaction entre la luciférine et la luciférase. Une fois synthétisée, chaque composant est stocké dans des glandes de la peau ou sous celle-ci. L'expulsion et le mélange de chaque réactif à l'extérieur produit des nuages lumineux. Ce type de bioluminescence est commun à quelques espèces de crustacés et aux céphalopodes abyssaux.
La bioluminescence des bactéries symbiotiques est uniquement connu chez les animaux marins comme les cténophores, les cnidaires, les vers, les mollusques, les échinodermes et les poissons. C'est le type de bioluminescence le plus répandu du règne animal.
À différents endroits du corps, les animaux disposent de petites vésicules, communément appelées photophores qui renferment des bactéries luminescentes. Certaines espèces produisent de la lumière continue dont l'intensité peut être neutralisée ou modulée au moyen de diverses structures spécialisée. Les organes lumineux sont généralement reliés au système nerveux ce qui permet à l'animal de contrôler l'émission lumineuse.
On peut attribuer plusieurs fonctions à la bioluminescence. Il existe quatre théories principales pour expliquer l'évolution du caractère de bioluminescence.
Le camouflage
Malgré que cela puisse paraître étrange et paradoxal, certains poissons utilisent la bioluminescence dans le but de se camoufler. Effectivement, dans des eaux de profondeurs assez importantes, les prédateurs traquent leurs proies par en dessous, le contour des proies se dessinant ainsi comme une ombre chinoise dans la faible lumière arrivant de la surface. Ainsi, certains poissons, grâce à la bioluminescence produite sur leur région ventrale, simule la lumière de la surface, et deviennent artificiellement transparents aux prédateurs situés plus profond.L'attraction
La bioluminescence peut également être utilisée comme un leurre par différentes espèces abyssales comme certains lophiiformes. Un appendice lumineux ballant s'étendant au dessus de la tête du poisson permet ainsi d'attirer les petits animaux à une distance autorisant l'attaque.
L'attraction des partenaires sexuels est une autre fonction de la bioluminescence. On la trouve notamment chez les lampyres qui utilisent un flash périodique au niveau de leur abdomen pour attirer leur partenaire lors de la reproduction.
Les micro organismes composant le plancton utilisent la bioluminescence pour être mieux vu des poissons : le poisson, attiré par ses lumières arrivent et les avalent. Le plancton se reproduit plus vite dans l'abdomen du poisson que dans dans l'eau alentour grâce à la présence de bactérie, une température plus élevée ect.. c'est pourquoi il arrive que dans ces régions où l'eau est plutôt pure, si on s'amuse à remuer l'eau on peut y apercevoir des petits nuages bleutés qui s'y forment.La répulsion
Certains calmars et petits crustacés utilisent des mélanges chimiques bioluminescents (également des boues de bactéries bioluminescentes) afin de repousser les attaques des prédateurs de la même manière que beaucoup de calmars utilisent l'encre : un nuage de luminescence est expulsé déroutant ou repoussant un potentiel prédateur permettant ainsi au calmar ou au crustacé de prendre la fuite.La communication
La bioluminescence pourrait également jouer un rôle direct dans la communication entre bactéries. Elle induit également la symbiose entre des bactéries et une espèce hôte et pourrait jouer un rôle dans l'agrégation de colonie.
