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Actus du Labo n°3, mai 2011

Nuit européenne des musées 2011 : La bioluminescence

par Frédérik Chevallier, médiateur environnement, Musée Maritime de l'Ile Tatihou

ZoomPrincipe de la réaction biochimique responsable de la bioluminescence

ZoomCamouflage par contre-éclairage

ZoomCulture de Vibrio harveyi

ZoomL’algue unicellulaire, Pyrocystis noctiluca, vue au microscope

ZoomDéclenchement de la bioluminescence de Pyrocystis noctiluca par agitation de la fiole de culture

ZoomProduction de lumière par chimiluminescence

Découverte et compréhension de la bioluminescence

Pour bon nombre d’espèces marines, la production de lumière est un phénomène naturel jouant un rôle important pour leur survie. Fluorescence, phosphorescence, bioluminescence, … que signifient ces termes et comment les animaux marins font-ils pour produire de la lumière ?
A l’occasion de la nuit des musées le laboratoire de biologie marine de Tatihou a accueilli le public afin de mettre en évidence la luminescence de plusieurs espèces marines et d’expliquer comment et pourquoi les espèces marines sont capables de produire de la lumière.

Qu’est-ce que la bioluminescence ?
La bioluminescence est la production de lumière visible par un organisme vivant grâce à une réaction chimique au cours de laquelle l'énergie chimique est convertie en énergie lumineuse.

Comment les animaux produisent-ils de la lumière ?
La bioluminescence est le résultat d’une réaction biochimique faisant intervenir une enzyme, la luciférase, et un substrat, la luciférine. En présence d’oxygène, le complexe luciférine/luciférase émet un photon (particule de lumière). Ce photon va immédiatement être capté par des protéines fluorescentes qui du fait de cette excitation vont à leur tour émettre des photons et donc produire de la lumière visible.

Pourquoi les espèces marines sont-elles luminescentes ?
Si la luminescence est rare sur terre et limitée à quelques espèces d’insectes et de champignons, elle est très répandue dans le milieu marin. En effet, 95% des spécimens récoltés au delà de 4000 mètres de profondeurs possèdent des organes luminescents.
Dans l’obscurité totale des abysses, l’émission de lumière s’avère particulièrement utile pour chasser ses proies en les attirant avec un leurre lumineux, pour effrayer un prédateur en émettant des flash lumineux ou pour attirer le partenaire sexuel avec des signaux lumineux. Mais la lumière est également utilisée comme moyen de camouflage : de nombreux poissons des abysses possèdent des organes lumineux sous le ventre. Ces organes produisent une lumière équivalente à celle provenant de la surface de telle sorte que les poissons disparaissent aux yeux de leurs prédateurs se situant en dessous d’eux.
 
Qui est bioluminescent ?
Dans le milieu marin, la bioluminescence est observée chez les bactéries, les végétaux et les animaux.
Concernant les bactéries : le genre Vibrio est très répandu dans le milieu marin. Vibrio harveyi est observée dans de nombreux cas de symbiose avec des poissons qui hébergent ces bactéries dans des glandes spéciales dédiées à l’émission de lumière.
 
Chez les végétaux, les algues unicellulaires de la classe des Dinoflagellés comptent de nombreuses espèces bioluminescentes dont la fameuse « Compagne du marin » (Pyrocystis noctiluca). Cette algue microscopique est responsable de l’illumination de l’eau de mer dans le sillage des bateaux.
 
Chez les animaux, tous les embranchements d’invertébrés comptent plusieurs représentants bioluminescents. Par contre, chez les vertébrés, seuls les poissons produisent de la lumière.
 
Le 14 mai dernier, les visiteurs ont pu observer la lumière émise par les bactéries du genre Vibrio et par l’algue unicellulaire Pyrocystis noctulica. Cette dernière, cultivée in-vitro au laboratoire, émet une belle lumière bleue lorsque l’on agite la fiole de culture.
 
La bioluminescence étant le résultat d’une réaction chimique, il est possible de reproduire ce phénomène avec des produits chimiques de synthèse comme le cyalume. Ce produit est utilisé en association avec un colorant fluorescent dans les bâtons lumineux utilisés en plongée sous-marine comme éclairage de secours. Réalisée au laboratoire, la réaction produit une lumière suffisante pour éclairer la pièce.