Devinettes de la nature : la bioluminescence

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-16 16:04

La bioluminescence est la capacité des organismes vivants à briller avec leurs propres protéines ou avec l'aide de bactéries symbiotiques.

Aujourd'hui, environ 800 espèces de créatures vivantes lumineuses sont connues. La plupart vivent dans la mer. Ce sont des bactéries, des algues flagellées unicellulaires, des radiolaires, des champignons, des coelentérés planctoniques et attachés, des siphonophores, des plumes de mer, des cténophores, des échinodermes, des vers, des mollusques, des crustacés, des poissons.

Certains des animaux les plus brillants sont les pyrosomes (coléoptères de feu). Parmi les espèces bioluminescentes d'eau douce, le mollusque gastéropode de Nouvelle-Zélande Latia neritoides et un certain nombre de bactéries sont connus. Parmi les organismes terrestres, certaines espèces de champignons, vers de terre, escargots, mille-pattes et insectes brillent.

Au niveau du microcosme, une lueur très faible, que nous ne pouvons enregistrer qu'à l'aide de photomètres très sensibles, est un effet secondaire de la neutralisation des espèces réactives de l'oxygène par des enzymes, qui sont nécessaires, mais toxiques pour les cellules, qui participent à le processus d'oxydation du glucose. Ils fournissent également l'énergie nécessaire à la chimiluminescence à diverses protéines luminophores.

L'une des premières lampes bactériennes - un flacon contenant une culture de bactéries lumineuses - a été conçue il y a plus de cent ans par le botaniste et microbiologiste néerlandais Martin Beijerinck. En 1935, de telles lampes éclairaient même la grande salle de l'Institut océanologique de Paris, et pendant la guerre le microbiologiste soviétique A. A. Egorova a utilisé des bactéries lumineuses à des fins prosaïques - pour éclairer le laboratoire.

Et vous pouvez faire une expérience similaire: mettre du poisson ou de la viande crue dans un endroit chaud, attendre une semaine ou deux, puis remonter la nuit (du côté au vent !) et voir ce qui se passe - il est probable que les bactéries qui habitent le milieu nutritif brillera d'une lumière d'un autre monde. Des bactéries, principalement des genres Photobacterium et Vibrio, et des organismes planctoniques multicellulaires (photo) brillent dans la mer, mais la principale source de lumière est l'une des plus grandes (jusqu'à 3 mm !) et des organismes unicellulaires complexes - les algues flagellées de la nuit lumière.

Chez les bactéries, les protéines phosphorées sont dispersées dans toute la cellule; chez les organismes eucaryotes unicellulaires (avec un noyau cellulaire), elles sont localisées dans des vésicules entourées d'une membrane dans le cytoplasme. Chez les animaux multicellulaires, la lumière est généralement émise par des cellules spéciales - les photocytes, souvent regroupés en organes spéciaux - les photophores.

Les photocytes de coelentérés et d'autres animaux primitifs, ainsi que les photophores qui fonctionnent grâce à des photobactéries symbiotiques, brillent en continu ou pendant plusieurs secondes après une stimulation mécanique ou chimique. Chez les animaux dont le système nerveux est plus ou moins développé, il contrôle le travail des photocytes, en les allumant et en les éteignant en réponse à des stimuli externes ou lorsque l'environnement interne du corps change.

En plus de l'intracellulaire, chez les crevettes d'eau profonde, les poulpes, les seiches et les calmars, il existe un type de lueur sécrétoire: un mélange de produits de sécrétion de deux glandes différentes est éjecté du manteau ou sous la coquille et se répand dans le l'eau comme un nuage brillant, aveuglant l'ennemi.

Un autre exemple classique de bioluminescence est la pourriture du bois. Ce n'est pas l'arbre lui-même qui brille en eux, mais le mycélium du champignon du miel ordinaire.

Et dans les champignons supérieurs du genre Mycena, poussant également sur un arbre en décomposition, mais dans les régions chaudes comme le Brésil et le Japon, les fructifications brillent - ce qu'on appelle généralement les champignons (bien que les moisissures, les levures et autres champignons soient aussi des champignons, seulement les plus bas). L'une des espèces de ce genre est appelée M. lux-coeli, "mycène - lumière céleste".

L'application la plus frappante de la bioluminescence est la création de plantes et d'animaux transgéniques. La première souris avec le gène GFP inséré dans les chromosomes a été créée en 1998.

Des protéines incandescentes sont nécessaires pour élaborer des techniques d'introduction de gènes étrangers dans les chromosomes de divers organismes: si elle brille, cela signifie que la méthode fonctionne, vous pouvez l'utiliser pour introduire un gène cible dans le génome. Le premier poisson lumineux - le poisson zèbre transgénique (Brachydanio rerio) et le poisson riz medaka japonais (Orizias latipes) - a été mis en vente en 2003.

Mer rougeoyante

Ceux qui ont la chance de nager dans la mer la nuit pendant sa lueur se souviendront de ce spectacle enchanteur pour toute une vie. Le plus souvent, la cause de la lueur est l'algue flagellée de la veilleuse (Noctiluca). Certaines années, leur nombre augmente tellement que toute la mer brille. Si vous n'avez pas de chance et que vous vous trouvez au mauvais moment sur les bords de mers chaudes, essayez de verser de l'eau de mer dans un bocal et ajoutez-y un peu de sucre.

Les noctylistes réagiront à cela en augmentant l'activité de la protéine luciférine. Secouez l'eau et admirez la lueur bleutée. Et lorsque vous vous arrêtez pour admirer, vous pouvez vous rappeler que vous regardez l'un des mystères non résolus de la nature: le manque de clarté des mécanismes évolutifs de l'émergence de la capacité de briller dans divers taxons a été noté dans un chapitre séparé de " L'Origine des Espèces" de Darwin, et depuis lors, les scientifiques n'ont pas été en mesure de se prononcer sur cette question est la lumière de la vérité.

La luminescence pourrait s'être développée dans des organismes vivant dans de bonnes conditions d'éclairage, à base de composés pigmentaires qui remplissent une fonction de protection contre la lumière.

Mais l'accumulation progressive d'un trait - un photon par seconde, deux, dix - à la fois pour eux et leurs parents nocturnes et des grands fonds ne pourrait pas affecter la sélection naturelle: une lueur aussi faible n'est pas ressentie même par les yeux les plus sensibles, et le l'apparition de mécanismes prêts à l'emploi de lueur intense sur l'emplacement nu semble également impossible. Et même les fonctions de la lueur chez de nombreuses espèces restent incompréhensibles.

Pourquoi brillent-ils ?

Les colonies bactériennes et les champignons lumineux attirent les insectes qui propagent des germes, des spores ou du mycélium. Les larves insectivores du moustique néo-zélandais Arachnocampa tissent un filet de piégeage et l'illuminent de leur propre corps, attirant les insectes.

Les éclairs de lumière peuvent effrayer les prédateurs des méduses, de la gelée de peigne et d'autres créatures impuissantes et douces. Dans le même but, les coraux et autres animaux coloniaux poussant dans des eaux peu profondes brillent en réponse à une stimulation mécanique, et leurs voisins, que personne n'a touchés, commencent également à clignoter. Les coraux d'eau profonde convertissent la faible lumière à courte longueur d'onde qui les atteint en rayonnement avec une longueur d'onde plus longue, peut-être pour permettre aux algues symbiotiques qui habitent leurs tissus de faire la photosynthèse.

Canne à pêche avec ampoule

L'ordre des baudroies (Lophiiformes) est le plus diversifié (16 familles, plus de 70 genres et plus de 225 espèces) et, peut-être, le plus intéressant des poissons d'eau profonde. (Beaucoup connaissent les pêcheurs en mer non pas dans le manuel de zoologie, mais dans le dessin animé "Finding Nemo").

Les femelles de pêcheur à la ligne sont des prédateurs avec une grande bouche, des dents puissantes et un estomac très extensible. Parfois, des baudroies mortes se retrouvent à la surface de la mer, s'étouffant avec des poissons de plus de deux fois leur taille: le prédateur ne peut pas les relâcher en raison de la structure de ses dents. Le premier rayon de la nageoire dorsale se transforme en une "canne à pêche" (illicium) avec un "ver" lumineux (eska) au bout. C'est une glande remplie de mucus qui contient des bactéries bioluminescentes. En raison de l'expansion des parois des artères qui alimentent l'escu en sang, le poisson peut provoquer arbitrairement la luminescence de bactéries qui ont besoin d'un apport d'oxygène pour cela, ou l'arrêter, rétrécissant les vaisseaux.

Habituellement, la lueur se produit sous la forme d'une série d'éclairs, individuels pour chaque espèce. Illicium dans l'espèce Ceratias holboelli est capable d'avancer et de se rétracter dans un canal spécial sur le dos. Attirant les proies, ce pêcheur déplace progressivement l'appât lumineux vers sa bouche jusqu'à ce qu'il avale la proie. Et Galatheathauma axeli a l'appât directement dans la bouche.

L'emplacement des luminophores et même la nature du clignotement des points lumineux peuvent servir à la communication - par exemple, pour attirer un partenaire. Et les femelles de la luciole américaine Photuris versicolor, après l'accouplement, commencent à "dépasser le code Morse" des femelles d'une autre espèce, attirant leurs mâles non pas à des fins amoureuses, mais à des fins gastronomiques.

Au large des côtes du Japon, les mariages de masse sont célébrés par les umitoharu (lucioles des mers) - de minuscules crustacés de 1 à 2 mm de long du genre Cypridina - et le calmar Watasenia scintellans. Les corps de Vatazenia d'environ 10 cm de long, accompagnés de tentacules, sont parsemés de perles photophores et illuminent une zone de 25 à 30 cm de diamètre - imaginez à quoi ressemble la mer avec tout un banc de ces calmars !

Chez de nombreux céphalopodes des grands fonds, le corps est peint d'un motif de taches lumineuses multicolores et les photophores sont très complexes, comme un projecteur qui ne brille que dans la bonne direction avec des réflecteurs et des lentilles (parfois doubles et colorés).

De nombreuses crevettes planctoniques des grands fonds ont la capacité de briller. Sur les membres, le long des côtés et sur la face ventrale du corps, ils possèdent jusqu'à 150 photophores, parfois recouverts de lentilles. L'emplacement et le nombre de photophores pour chaque espèce sont strictement constants et, dans l'obscurité des profondeurs océaniques, aident les mâles à trouver des femelles et tous ensemble - à se rassembler en groupes.