Des feux dans la mer, la bioluminescence marine

Revue N°319

chipiloua (Thysanotheutis rhombus)
Ce jeune chipiloua (Thysanotheutis rhombus), calmar d’une quinzaine de centimètres, s’est laissé photographier en pleine nuit près de la surface, au large de la Floride. Comme de nombreux céphalopodes, il joue de la lumière avec ses photophores et ses cellules pigmentaires réfléchissantes. © Steven Kovacs/Biosphoto

Par Catherine Vadon – Embarquez dans la nuit océanique, à la lumière des créatures de toutes sortes qui y brillent, scintillent ou y luisent pour vivre. Que ce soit pour se signaler, localiser des proies, attirer des partenaires, se défendre ou repousser des prédateurs… dans les profondeurs, plus de 80 pour cent des espèces émettent de la lumière. La bioluminescence, si rare sur terre et si répandue dans l’océan, y est apparue sous des formes très différentes, chez des groupes sans aucun lien de parenté. Jusque dans le noir des abysses, les surprises de l’évolution ont allumé les plus extravagants feux d’artifice.

L’article publié dans la revue Le Chasse-Marée bénéficie d’une iconographie enrichie.

Les marins ont toujours été fascinés par les étranges manifestations lumineuses dont ils étaient témoins dans la nuit : flambées de lumière jaillissant à la proue d’un navire, sillages comme électrisés des bancs de dauphins… Des auteurs de l’Antiquité grecs et romains s’étonnaient déjà de la lumière émise par des animaux marins, comme Pline l’Ancien qui décrit la lumière émise par les pholas, ces coquillages bivalves qui creusent des trous dans les rochers et qui, dit-il, illuminent par leur mucus la bouche de celui qui les mange.

Longtemps, les naturalistes échouèrent à expliquer ces « lueurs de la mer » aperçues dans les vagues des rivages ou loin au large, avant d’identifier les organismes vivants qui en sont responsables. « On découvre à l’horizon comme une écharpe de phosphore qui s’étend sur les eaux. Bientôt l’océan paraît embrasé, et des jets de lumière s’élancent de sa surface. On avance et l’on reconnaît que cette lumière extraordinaire est due à une multitude innombrable d’animaux qui ressemblent à des charbons ardents », note à l’approche de l’Équateur le zoologiste François Péron, embarqué pour la grande expédition dans les mers du Sud du Géographe et du Naturaliste commandée par Nicolas Baudin (1800-1804). Il sera un pionnier de l’étude des êtres vivants responsables de la « phosphorescence de la mer ».

dinoflagellés Pyrocystis

Dinoflagellés Pyrocystis. © Peter Parks/photoshot/Biosphoto

L’exploration des profondeurs réserve elle aussi de merveilleuses surprises. Léopold de Folin décrit dans Les Fonds de la mer un mémorable chalutage par 600 mètres de fond effectué en 1880 lors d’une campagne du navire océanographique Le Travailleur dans le golfe de Gascogne : « Une lueur remarquable apparaît sous l’eau et augmente d’intensité à mesure que l’engin se rapproche. Une vive phosphorescence éclate de toutes parts dès que le filet émerge. Ce sont des colonies d’Isis qui répandent à torrent cette lumière et lancent des éclairs d’une coloration vert pâle. On réveille les dormeurs, on promène de cabine en cabine les intéressants gorgoniens. La clarté fournie par ces animaux est assez puissante pour que nous puissions lire dans le roufle du Travailleur. Ce sont des étincelles, une pluie de feu… »

Le médecin français Raphaël Dubois découvre en 1887 le mécanisme de la bioluminescence et des réactions enzymatiques associées : en présence d’oxygène, une protéine connue sous le nom de luciférine (du latin lucifer, composé de lux, « lumière » et ferre, « porter »), s’associe à une enzyme, la luciférase. Dès que ces réactifs sont en contact une lumière froide est émise.

Sur terre, peu d’organismes vivants émettent de la lumière, mis à part quelques insectes (vers luisants, lucioles, pyrophores…), certains vers de terre, mille-pattes et champignons. Dans l’océan, la bioluminescence est un phénomène très commun, développé par une grande diversité d’organismes : bactéries, méduses, calmars, crevettes, poissons… Selon des études récentes, en dessous de 150 mètres de profondeur, au moins 80 pour cent des organismes vivants s’avèrent capables d’émettre de la lumière.

Constitués d’une unique cellule, les minuscules dinoflagellés (0,2 à 2 mm) sont extrêmement nombreux dans le plancton où ils forment parfois d’abondantes proliférations. Certains d’entre eux, comme les Noctiluca (« lumières nocturnes ») ou les Pyrocystis (« cellules de feu »), produisent des éclairs intenses et brefs, généralement en réponse à une stimulation mécanique. Leur production de lumière est à l’origine des sillages brillants laissés par des bateaux ou du scintillement de certains rivages dans la nuit tropicale. La baie Fosforente, à Porto Rico, tire son nom de cet éclat : ses eaux renferment une grande concentration de Pyrodinium qui émettent de la lumière bleu fluo au moindre mouvement de l’eau. Sur les côtes de Californie, la pullulation de Lingulodinium polyedra crée parfois une incandescence bleu électrique qui se propage dans les vagues déferlant sur la côte, à la grande joie des surfeurs.

Fait remarquable pour des êtres unicellulaires, ces micro-organismes sont également capables de détecter les petits crustacés copépodes qui voudraient s’en nourrir, même en faible nombre, et émettent de la lumière pour les repousser.

Les dinoflagellés, animaux unicellulaires du plancton.

Les dinoflagellés, animaux unicellulaires du plancton, forment occasionnellement de véritables « marées rouges » lorsqu’ils s’accumulent le long de la côte, La nuit, les dinoflagellés Pyrocystis émettent une forte lumière lorsqu’ils sont stimulés, éclairant parfois les vagues de manière spectaculaire d’un bleu néon, comme ici, dans la nuit du 17 avril dernier devant San Diego, en Californie. © Ironstring/Alamy stock photo

Cracheurs de feu des profondeurs crépusculaires

Mais la bioluminescence ne se limite pas à la surface. Des scientifiques embarqués dans des sous-marins ont souvent rapporté que, durant leur descente, de nombreuses créatures dérangées par le véhicule se mettaient à étinceler. Si de nouveaux organismes luminescents sont régulièrement décrits, leur observation directe in situ reste cependant un véritable enjeu technique en raison de leur fragilité et des défis d’accès aux grandes profondeurs. Les éclairs observés proviennent notamment d’un groupe très diversifié d’organismes constituant le zooplancton dit gélatineux : méduses, salpes, siphonophores…

La pélagie noctiluque, méduse urticante de Méditerranée, qui atteint une dizaine de centimètres de large, a ainsi un fort pouvoir luminescent se traduisant par l’apparition de cercles lumineux autour de ses glandes génitales. Les colonies flottantes des pyrosomes, ou tuniciers coloniaux, composées de centaines de petits individus, forment de gros cylindres atteignant un mètre de long. S’ils sont dérangés, ils émettent une lumière vive d’un bout à l’autre, d’un rouge éclatant.

Entre les eaux de surface ensoleillées et les profondeurs océaniques constamment obscures, l’immense couche d’eau intermédiaire, dite « crépusculaire », se situe entre environ 200 et 1 000 mètres de profondeur. Elle est encore pénétrée par les rayons du soleil, mais de plus en plus faiblement au fur et à mesure que la profondeur s’accroît. En réponse aux défis que constituent les conditions de cet environnement – absence de cachettes, lumière solaire tamisée –, ses innombrables habitants ont développé de stupéfiantes adaptations.

La lumière du soleil filtre à travers l’eau claire, divisée par dix à chaque fois que la profondeur augmente de 75 mètres, jusqu’à disparaître totalement en dessous de 1 000 mètres. Le champ lumineux est faible, de couleur bleue : les longueurs d’onde plus longues (violet) ou plus courtes (rouge, orange) sont absorbées ou diffusées plus rapidement. C’est pourquoi la plupart des spectres d’émission de ces organismes sont  bleus, correspondant à la longueur d’onde qui se déplace le plus loin sous la surface..

La seiche colibri Euprymna berryi

La seiche colibri (Euprymna berryi, ici photographiée le long de la côte de Papouasie-occidentale), ne produit pas sa propre lumière, mais abrite une colonie de bactéries lumineuses qui prospèrent dans son organisme pendant la journée, qu’elle passe cachée dans le sable. Elle régule sa luminosité en rejetant ou laissant se multiplier ces locataires lumineux. © Scubazoo / SPL – Science Photo Library / Biosphoto

Afin de se cacher, de nombreux animaux migrent verticalement vers les sombres profondeurs pendant la journée et ne s’aventurent que la nuit dans les eaux de surface, riches en aliments et en plancton, jouant de l’obscurité pour se mettre hors de vue des prédateurs. Ce phénomène concerne tellement d’espèces et d’individus qu’il est considéré comme la migration animale la plus massive de la planète.

D’innombrables poissons migrent ainsi quotidiennement vers la couche d’eau éclairée par le soleil, puis redescendent avant le lever du jour vers les eaux profondes. Ce sont essentiellement des espèces de petite taille, n’excédant pas une quinzaine de centimètres, noirs ou argentés, avec une grande bouche et des organes lumineux ou photophores répartis sur leur corps. Les poissons-lanternes (Myctophidae), qui en constituent l’une des familles les plus diversifiées, migrent à plus de 1 000 mètres durant la journée. Les petits points lumineux distribués sur leur corps forment un motif unique permettant aux individus d’une même espèce de se reconnaître.

Pour se défendre contre leurs prédateurs, certaines espèces de crevettes, de calmars, de méduses et de poissons libèrent même leurs produits lumineux dans l’eau, produisant ainsi des nuages ou des particules lumineuses destinées à distraire ou aveugler un prédateur, leur donnant le temps s’éclipser. Surprise, la méduse Colobonema s’élance ainsi en abandonnant dans son sillage des tentacules détachés de son ombrelle, brillants et zigzaguant. Quand ils sont dérangés, les vers annélides nageurs « bombardiers » (Swima bombiviridis), qui vivent dans l’océan Pacifique entre 1 800 et 3 800 mètres de profondeur, libèrent des petites « bombes » d’à peine 2 millimètres, accrochées à leurs appendices, qu’ils expulsent au moindre contact avec un corps étranger. Elles scintillent alors d’une lumière verte pendant plusieurs secondes, avant de s’éteindre progressivement.

La méduse Atolla produit une luminescence circulaire bleue intense lorsqu’elle est attaquée et que sa seule chance de s’en sortir est d’attirer l’attention d’un prédateur encore plus gros qui s’en prendra à son attaquant, ainsi signalé… Une stratégie qui rappelle une alarme antivol ! On observe souvent une certaine sophistication dans ce type d’affichages lumineux adressés à des prédateurs secondaires, qui s’en prendront au premier attaquant, offrant ainsi à la proie une opportunité de s’échapper. Certaines espèces vont jusqu’à marquer leurs prédateurs avec du mucus luminescent, ce qui en fait des cibles faciles pour les prédateurs secondaires.

Dans les bancs de poissons lanternes

En haut : dans les bancs de poissons lanternes comme celui-ci (Lepidophanes guentheri, environ 8 centimètres), les motifs lumineux propres à chaque espèce forment un signal facilitant la reconnaissance entre individus. © Solvin Zankl/Alamy stock photo
Au milieu : le béroé (ici, Beroe forskalii, photographié en mer Méditerranée) est un cténophore, un « porteur de peigne », en référence aux cils qui lui servent à se déplacer et qui s’illuminent par éclairs lorsqu’il est stimulé. Après une cinquantaine d’éclairs, il s’éteint, mais un quart d’heure suffit pour régénérer ses capacités bioluminescentes. © Alexander Semenov/SPL-science photo library/Biosphoto
En bas : ce calmar vampire (Vampyroteuthis infernalis), se sentant menacé, adopte une position de défense. Son corps recouvert de photophores luit d’une impressionnante lumière rouge sombre. Photographie prise au large de la Californie. © Steve Downer/ardea/Biosphoto

Quand les phares du calmar colossal révèlent sa proie

La bioluminescence peut également être utilisée comme un avertissement aux prédateurs, signalant le caractère désagréable ou toxique de la proie. Le calmar vampire (Vampyroteuthis infernalis), de la taille d’un ballon de football, d’une couleur brun velouté, vit aussi à des profondeurs de plus de 600 mètres, en solitaire et à la dérive, allongeant deux grands filaments pour y « coller » les particules de nourriture passant à proximité. Ses grands yeux brillent comme des opales bleues quand il est éclairé par les lumières d’un robot sous-marin. Menacé, il enroule ses huit bras reliés par des membranes, transformant complètement son apparence et exposant des séries dissuasives d’épines, ou cirres. Il dispose de différents affichages pour décourager ses prédateurs et en particulier d’un organe qu’il « allume » à l’extrémité de chacun de ses bras. Si le danger s’intensifie, il projette par l’extrémité de ses bras un copieux nuage de mucus collant et bioluminescent vers son prédateur – occasionnellement vers le robot – avant de s’échapper.

Certains animaux marins émettent de la lumière pour localiser leur nourriture. Le calmar colossal (Taningia), qui mesure jusqu’à 2,30 mètres pour 60 kilogrammes, vit le jour entre 600 et 900 mètres de profondeur, et remonte la nuit entre 240 et 500 mètres. Ennemi juré du cachalot, c’est un nageur rapide (jusqu’à 2,5 mètres par seconde quand il attaque), agressif et vorace, qui dispose de tout un équipement luminescent. Ses grands yeux aux pupilles d’environ 8 centimètres de diamètre permettent à l’œil de collecter la moindre particule de lumière, et lui confèrent une résolution spatiale élevée, c’est-à-dire une bonne capacité à distinguer les détails. Chacun de ses globes oculaires est en outre pourvu d’un organe lumineux et le calmar les utilise comme des phares, fournissant suffisamment de lumière pour qu’il puisse voir sa proie dans l’obscurité. La lumière de ces photophores est produite par des bactéries bioluminescentes. Grâce à sa vision binoculaire, le calmar peut estimer avec précision la distance que les tentacules doivent parcourir pour frapper et saisir la proie.

Taningia a également de grands organes lumineux jaunes, d’un diamètre de 7,5 centimètres, aux extrémités de deux de ses huit tentacules, équipés également de ventouses à griffes. Il les utilise à la façon d’un stroboscope, grâce aux mouvements rapides d’une membrane opaque de ses tentacules. Des scientifiques ont pu filmer ses comportements d’attaque. Lorsqu’il est dérangé, le calmar attaque et « flashe » à plusieurs reprises avec les photophores de ses deux bras qui émettent des éclairs de lumière vive de 1 à 7 secondes, éblouissant ses proies.

(Chauliodus sloani), poisson-dragon des abysses.

La lumière, sur cette photographie d’un chauliode de Sloane (Chauliodus sloani), poisson-dragon des abysses, fait bien apparaître la répartition de ses photophores. © Jérôme Mallefet/FNRS-UCL/Biosphoto

La couleur bleu-vert étant, comme on l’a vu, celle qui pénètre le plus en profondeur dans l’océan, les yeux de la plupart des animaux vivant en profondeur n’ont que des pigments visuels sensibles au bleu et sont donc incapables de capter des rayonnements rouges… Mais le poisson-dragon (Malacosteus), fait exception. Il possède, juste sous ses yeux des organes qui émettent une lumière rouge. Il peut ainsi éclairer à leur insu des proies aveugles à la lumière rouge, et s’en approcher sans les alerter ni être vu !

Chaque adaptation semble en appeler une autre en réponse ; l’exemple suivant illustre bien ces surenchères de l’évolution. Pour se dissimuler dans l’immensité de la zone crépusculaire, de nombreux animaux, comme des crustacés amphipodes Cystisoma, sont transparents, un caractère remarquable et que l’on pourrait penser parfaitement protecteur. Mais ces crustacés sont confrontés à d’ingénieux prédateurs. Équipés de projecteurs bioluminescents, les poissons-lanternes envoient des flashs pour repérer les crustacés au reflet de la lumière sur leur corps, à l’image du faisceau d’une lampe braqué sur une vitre. Pour se protéger, le corps et les pattes de ces amphipodes sont recouverts d’un revêtement de micro-billes de 50 à 300 nanomètres de diamètre qui annule 99,9 pour cent de la réflexion de la lumière et l’empêche de rebondir vers l’œil du poisson ! – Ce système antireflet est d’ailleurs étudié par des spécialistes du biomimétisme dans le but de concevoir des structures qui augmentent la transparence du verre.

Pour passer inaperçu, il faut parfois allumer la lumière !

Dans les profondeurs crépusculaires, chaque individu nageant en pleine eau constitue une proie potentielle pour les prédateurs évoluant en dessous d’eux et qui pourraient apercevoir à contrejour, en ombre chinoise, sa silhouette se détachant sur le faible fond de lumière qui filtre de la surface, provenant du soleil, de la lune ou même des étoiles.

Alors, pour échapper à leur détection, ces proies potentielles s’éclairent ! Elles possèdent sur toute la face inférieure de leur corps une multitude de photophores émettant de la lumière vers le bas. Cette lueur imite la lumière ambiante nocturne en intensité et en longueur d’onde, et peut être modifiée en conséquence pour se fondre avec la lumière qui descend de la surface. Ceci implique qu’ils doivent pouvoir mesurer la lumière qui descend vers le bas, augmenter ou atténuer la lumière qu’ils produisent, et déterminer l’intensité de cette émission lumineuse pour ajuster la correspondance !

Cette remarquable utilisation de la bioluminescence, appelée contre-illumination, est courante chez les poissons, les crevettes et les calmars qui habitent les profondeurs crépusculaires… où de nombreux prédateurs ont des yeux guetteurs tournés vers le haut. La vie à ces profondeurs est ainsi un jeu perpétuel de cache-cache : tous les animaux cherchent les ombres de leurs proies tout en s’efforçant de ne pas en projeter eux-mêmes.

La Linophryne lucifera

À gauche : la Linophryne lucifera, baudroie des abysses, porte sur sa gueule un leurre rempli de bactéries luminescentes qui attire ses proies. Notez, en bas à gauche, le mâle minuscule qui vit en parasite, fixé sous l’abdomen de la femelle, pendant toute la période de reproduction. À droite, cet ostracode géant (Gigantocypris), crustacé des grands fonds (900-1300 mètres) qui atteint une taille de 2,5 centimètres, repère à leur moindre luminescence les copépodes et autres petits invertébrés avec ses yeux énormes, d’une exceptionnelle sensibilité. Spécimen observé au large de Monterey, en Californie. © Dante Fenolio/photo researchers/Biosphoto

 

Chez certaines crevettes (Sergestes) au corps translucide et rouge, un petit organe lumineux, appelé organe de Pesta, brille à travers la paroi du corps et dissimule l’intestin, seule partie sombre de leur corps !

La correspondance exacte avec la lumière venant de la surface n’est cependant pas toujours effective, et certains se font une spécialité de déceler la moindre imperfection dans ce camouflage lumineux. Traqueur d’ombre, le poisson-téléscope (Gigantura chuni) oriente ses grands yeux tubulaires vers le haut et navigue pour déceler le moindre déséquilibre entre les longueurs d’onde de la lumière venant de la surface et celles de la contre-illumination de ses proies.

Au-delà de 1 000 mètres de profondeur, l’obscurité est totale et la composition de la faune se modifie, remplacée par des espèces hyperadaptées aux conditions extrêmes de température et de pression qui règnent dans les grands fonds. La plupart des espèces de poissons y ont un corps sombre et peu ossifié avec des muscles flasques, et sont peu actives. Leurs photophores sont plutôt répartis sur la tête et les flancs, et non sur les surfaces ventrales : la stratégie de la contre-illumination serait ici sans objet.

poisson-télescope (Gigantura chuni) du golfe du Mexique.

On observe parfaitement, chez ce poisson-télescope (Gigantura chuni) du golfe du Mexique, les yeux tubulaires lui permettant de repérer, à contrejour, les moindres variations de lumière par lesquelles ses proies se trahiraient. © Dante Fenolio/photo researchers/Biosphoto

Dans les grands fonds, la lumière peut être un leurre mortel

Les poissons-pêcheurs constituent le groupe de vertébrés le plus riche en espèces à ces profondeurs et partagent presque tous le même mode d’alimentation, spectaculaire : comme chez la baudroie de nos côtes, leur première épine dorsale, ou illicium, très modifiée, est placée sur l’extrémité du museau et sert de leurre pour attirer les proies. Quand la proie s’est suffisamment approchée, les mâchoires s’ouvrent… Et la puissante succion qui s’ensuit engouffre la victime dans l’énorme bouche. Les poissons-pêcheurs profonds diffèrent cependant de leurs cousins littoraux par le fait que leur leurre est rempli de millions de bactéries luminescentes. Le leurre a une organisation interne très complexe, avec un réseau de vésicules à bactéries, des couches de pigments photosensibles, des tissus réfléchissants, des structures tubulaires guidant la lumière… Ces bactéries luminescentes forment des symbioses spécifiques avec ces poissons : la bactérie fournit à l’hôte une lumière pouvant être utilisée pour attirer une proie, échapper aux prédateurs ou se signaler à un partenaire, tandis que l’hôte leur fournit un milieu de croissance protégé.

Certaines espèces de poissons (Linophryne) possèdent un remarquable dispositif impliquant deux systèmes différents d’émission de lumière : une luminescence bactérienne dans le leurre et un barbillon lumineux sous le menton, constitué de granules photogéniques.

Des prospections récentes étudiant la faune fixée des grands fonds océaniques ont montré que la bioluminescence y existe aussi, émise notamment par de nombreux coraux d’eau froide. Une analyse récente estime même que près de 40 pour cent des organismes vivant sur le fond sont bioluminescents. C’est moins qu’en pleine eau, peut-être parce que les rochers et les anfractuosités permettent de se dissimuler sans recourir à la luminescence.

Sur ces écosystèmes peu connus s’exerce par ailleurs une pression croissante du fait des activités humaines : chalutage, extractions de pétrole et de gaz, exploitations minières en haute mer… En augmentant la turbidité de l’eau, ces activités pourraient affecter les faunes profondes, et impacter leur indispensable bioluminescence d’une manière que nous ne pouvons pas imaginer.

L’étude des processus évolutifs menant à la bioluminescence marine fait apparaître que celle-ci aurait évolué indépendamment à plusieurs reprises, au moins en une quarantaine d’occurrences, ce qui explique que les gènes responsables de ce phénomène sont très différents d’un organisme à un autre. Cette évolution séparée de systèmes bioluminescents analogues chez des groupes animaux non apparentés est l’un des exemples les plus impressionnants de « convergence évolutive ». Un développement indépendant, selon des procédés divers et chez de nombreuses espèces, qui indique bien l’importance de la bioluminescence pour la survie des organismes marins.

 

 

Le mystère des « mers de lait »

« La mer se mit à écumer autour de notre vaisseau et se montra plus blanche que du lait aussi loin que nous pouvions voir. Le vaisseau avait été arrêté, on avait serré les voiles. Une brise légère s’éleva et le spectacle devint le plus beau que j’aie jamais vu. Chaque mouvement du vaisseau faisait partir de l’avant des flots de lumière phosphorique qui se répandaient en grandes taches d’un jaune aussi brillant que la flamme d’un feu de bois, et qui paraissaient comme de l’or liquide sur la mer complètement blanche. La mer était d’un blanc de neige et sans aucune transparence. Vers 5 heures, le phénomène cessa aussi subitement qu’il avait commencé », raconte Henry Grafton Chapman dans le journal de son voyage vers la Chine en 1855.

Dans Vingt mille lieues sous les mers de Jules Verne (1870), le Nautilus navigue, à demi immergé, dans le golfe du Bengale, au milieu d’une de ces mers de lait. « Certains navigateurs ont flotté sur ces mers de lait pendant plus de quarante milles » précise à ce propos Pierre Arronax, professeur au Muséum national d’histoire naturelle !

« Et dès lors je me suis baigné dans le Poème De la mer, infusé d’astres, et lactescent » Arthur Rimbaud, Le Bateau ivre (1871)

À de nombreuses reprises au cours des siècles, les marins ont rapporté avoir été témoins de spectacles nocturnes durant lesquels la surface de l’océan émet une lueur intense, uniforme, s’étendant jusqu’à l’horizon. En raison de leur caractère éphémère et de la rareté des observations, l’explication scientifique de ces phénomènes de « mers de lait » est longtemps restée insaisissable, jusqu’à des observations récentes. Une surface d’environ 15 400 kilomètres carrés, soit celle des départements du Finistère et du Morbihan réunis, uniformément blanche et éclatante, fut observée par un satellite américain dans l’océan Indien durant trois nuits consécutives, corroborée par le témoignage d’un navire marchand qui se trouvait sur zone.

Ce phénomène étrange est attribuable à des bactéries bioluminescentes mesurant de 0,5 à 3 microns seulement, très abondantes dans l’océan, en particulier en eaux tempérées ou chaudes, se développant en lien avec une prolifération de plancton végétal dans les eaux de surface. Les circonstances dans lesquelles se forment ces « mers de lait » restent encore à découvrir. 

© Gameover/Alamy Stock PHOTO

Méduse fluorescente

La biofluorescence est un processus par lequel un organisme vivant absorbe la lumière à une certaine longueur d’onde et la réémet à une longueur d’onde plus élevée. Elle se manifeste chez de nombreux animaux marins : anémones de mer, coraux, crustacés, poissons, requins. Éclairés par une lumière ultraviolette, ces animaux arborent des motifs colorés, verts, rouges, oranges, parfois chatoyants, invisibles sous la lumière blanche. Sous l’effet de la composante bleue de la lumière solaire, ces colorations pourraient jouer un rôle dans la communication et la reconnaissance entre individus d’une même espèce, entre mâles et femelles lors des rituels d’accouplement, ou entre différents stades du développement d’un même animal.

Gracieuse et presque transparente, la méduse Aequora forskalea (ci-dessous) émet, lorsqu’elle est dérangée, une lueur vert-bleu visible sur le pourtour de son ombrelle. Cette méduse émet en fait une bioluminescence bleue (460-480 nanomètres de longueur d’onde) en présence de calcium et de dioxygène. Cette lumière est ensuite absorbée par une protéine (appelée GFP, Green Fluorescent Protein) qui restitue une lumière verte de plus grande longueur d’onde (508 nanomètres). La fonction biologique de cette fluorescence pourrait être d’attirer des proies.

C’est le Japonais Osamu Shimomura et son équipe qui décrivirent, entre 1969 et 1971, le mécanisme couplé de cette luminescence. Cette découverte des protéines fluorescentes a révolutionné la biologie expérimentale, trouvant de nombreuses applications dans la recherche bio-médicale, comme marqueurs moléculaires, et dans les expériences neurologiques et biologiques pour détecter le calcium. 

© Seaphotoart/Alamy Stock PHOTO

La sépiole hawaïenne et ses passagers lumineux

Cousine des seiches, ne dépassant pas 3 centimètres de long, la petite sépiole Eurymna scolopes des îles Hawaï présente une remarquable adaptation anti-prédation. Elle est devenue un modèle pour les études de la bioluminescence chez les céphalopodes. Le jour durant, elle reste dissimulée sur le fond dans lequel elle s’enfouit en lançant avec ses bras des grains de sable qui se collent sur son corps enduit de mucus. La nuit, elle monte dans la colonne d’eau pour chasser. Toute sa surface ventrale s’illumine alors d’une multitude de photophores, fonctionnant par contre-illumination (lire p. 108). De structure très complexe, ces organes lumineux abritent des millions de bactéries bioluminescentes, Vibrio fischeri, et sont tapissées de tissus réfléchissants, de lentilles, de mécanismes d’obturation servant à moduler et diriger la bioluminescence bactérienne. Lorsque la sépiole se nourrit la nuit, cette colonie bactérienne émet une lumière qui correspond à l’intensité du clair de lune rayonnant au-dessus d’elle, réduisant ainsi sa silhouette et la protégeant à la vue des prédateurs en dessous.

La lumière produite semble aussi contre-éclairer le sac d’encre de la sépiole, ce qui la rend plus difficile à voir pour ses prédateurs visuels. Lorsque ces bactéries Vibrio fisheri vivent à l’état libre dans l’eau de mer et qu’elles ne sont pas en densité suffisante, elles n’émettent pas de bioluminescence. Par contre, lorsqu’elles colonisent les photophores de la sépiole, elles se multiplient rapidement dans ces espaces restreints jusqu’à arriver à la quantité « seuil » (ou quorum) de cellules bactériennes, ce qui déclenche l’expression de leurs gènes impliqués dans la production de la bioluminescence. Chaque matin, la sépiole expulse une partie de sa colonie bactérienne pour éliminer les cellules bactériennes sénescentes et éviter d’émettre de la lumière lorsqu’elle va se reposer sur le fond. Elle ne conserve alors que 5 à 10 pour cent des bactéries, qui se multiplient et repeuplent l’organe lumineux jusqu’à ce que la colonie atteigne à nouveau, le soir venu, la quantité seuil de cellules permettant la bioluminescence !

© Paulo Oliveira/Alamy Stock PHOTO

Vous prendrez bien une petite pincée de lumière en poudre ?

Gros comme un grain de riz, Vargula hilgendorfii est un ostracode, crustacé au corps enfermé dans une carapace à deux valves, qui vit dans les eaux côtières du Japon où il est appelé umihotaru, « luciole de mer ». Lors des parades nuptiales, au crépuscule, les mâles éjectent des bouffées bioluminescentes d’un bleu vif pour attirer les femelles. Ils laissent derrière eux des traînées de lumière éclatante, formant des motifs complexes en éventail ou en longue spirale en direction de la surface. Pour éviter toute confusion, les signaux de chaque espèce d’ostracodes sont codés dans une séquence temporelle unique de clignotement.

La luciférine et la luciférase, les deux substances qu’il stocke et dont le contact engendre la luminescence, sont remarquablement stables et conservent leur pouvoir, une fois l’animal séché et réduit en poudre. L’ajout d’un peu d’eau suffit pour dissoudre celle-ci et faire apparaître la lumière bleue typique de Vargula !

En voyage au Japon en 1916, le professeur américain Newton Harvey, de l’Université de Princeton, fut fasciné par cette extraordinaire propriété. Il consacra trente ans d’études aux réactions chimiques impliquées dans le processus de bioluminescence. Harvey décéda en 1959, laissant une grande quantité de Vargula secs dans son laboratoire. Dans son livre Bioluminescence, le biologiste Osamu Shimomura (Prix Nobel en 2008) racontait que les quelques échantillons qui lui en furent confiés lors d’un passage à Princeton se trouvaient toujours dans son laboratoire, à Woods Hole, et qu’ils s’illuminaient lorsqu’ils étaient humidifiés, même après plus d’un demi-siècle de stockage !

Pendant la Seconde Guerre mondiale, la poudre séchée de Vargula trouva un usage tout à fait différent de celui utilisé dans le laboratoire de Harvey. Elle fut utilisée par les soldats japonais comme source de lumière tamisée, lorsque des lampes de poche ou des allumettes auraient été dangereuses à employer, au risque de donner sa position à l’ennemi. Un peu de poudre humidifiée de Vargula dans la paume de la main, et la lumière était suffisante pour lire une carte ou des messages ! Sur ordre de l’armée japonaise, des centaines de kilos d’umihotaru furent ainsi collectés.

© Yoji Matsuzawa/Oasis/Biosphoto

Laisser un commentaire

Ce site utilise Akismet pour réduire les indésirables. En savoir plus sur comment les données de vos commentaires sont utilisées.

Les derniers articles

Chasse-Marée

N°319 Réservé aux abonnés

BLUFF par David Fauquemberg

Quand il atteint Bluff Harbour, tout au Sud de la Nouvelle-Zélande et face à l’Antarctique, « le Français » – le lecteur... Lire la suite