Photobiologie

Définition

La photobiologie est l'étude des effets de la lumière (du spectre lumineux) sur la vie des organismes. Elle étudie à la fois les bons et les mauvais effets de la lumière. La photobiologie inclut tous les phénomènes biologiques impliquant des rayonnements non ionisants. Les études vont du niveau atomique au niveau des communautés d'organismes.

Les réponses à la lumière étudiées en photobiologie :

La photobiologie étudie les réponses photobiologiques, les réponses biologiques d'un être vivant aux stimuli de la lumière.

Explications

Il est reconnu que les réponses photobiologiques sont le résultat de changements chimiques et/ou physiques induits dans les systèmes biologiques par des rayonnements non ionisants.

Le rayonnement visible, avec des longueurs d'onde de 400 nm à 800 nm, est important pour la vision et de nombreuses autres réponses photobiologiques. Le rayonnement ultraviolet, y compris les longueurs d'onde inférieures à 400 nm, contrôle certaines réactions photobiologiques et de nombreuses réactions photochimiques importantes, mais a également des effets néfastes.

La région UV est généralement divisée en trois régions (en particulier en photomédecine), c'est-à-dire la région UV-C, qui est généralement définie comme étant dans la région de longueur d'onde de 100–280 nanomètres (nm), la région UV-B comme 280–320 nm et la région UV-A de 320 à 400 nm. D'autres termes couramment utilisés pour la région UV sont Far-UV (210–300 nm) et Near-UV (300–380 nm).

La région visible est généralement définie comme 400–760 nm, et la région infrarouge se situe au-dessus de 760 nm.

✅ La zooxanthelle Symbiodinium microadriaticum (endosymbionte des coraux) est particulièrement étudiée en photobiologie pour la coralliculture afin d'optimiser la croissance des coraux sans émission d'une lumière à spectre complet (gain d'énergie).

⭐ La photobiologie est une vaste discipline qui comprend des études sur les effets bénéfiques et nocifs de la lumière. Il couvre des sujets allant du niveau atomique à celui des communautés écologiques. Les photobiologistes utilisent tous les outils de la science pour étudier les effets chimiques et biologiques de la lumière et d'autres rayonnements non ionisants.

Sous-disciplines (divisions)

La photobiologie peut être divisée en 13 grands domaines de spécialité. Douze d'entre-eux concernent l'absorption de la lumière dans un système biologique et un concerne l'émission de lumière par les systèmes biologiques (bioluminescence). Ces domaines sont brièvement définis ci-dessous :

1. Photophysique : Ce domaine de spécialité s'intéresse aux interactions physiques de la lumière avec la matière aux niveaux atomique et moléculaire. Ceux-ci incluent la vibration et la rotation des molécules.
2. photochimie : Il s'agit de l'étude des changements chimiques qui interviennent dans les molécules après l'absorption directe de l'énergie lumineuse (comparer avec la photosensibilisation.). Celles-ci incluent à la fois des altérations de la molécule absorbante et des réactions qui surviennent entre la molécule absorbante dans son état excité et une molécule adjacente.
3. Spectroscopie : L'étude de l'absorption et de l'émission de lumière par la matière, en relation avec la dépendance de ces processus à la longueur d'onde du rayonnement. Un spectre d'action est l'efficacité avec laquelle le rayonnement électromagnétique produit une réaction photochimique, tracée en fonction de la longueur d'onde du rayonnement. Il montre quelles longueurs d'onde de la lumière sont les plus efficacement utilisées dans une réaction chimique spécifique (par exemple, la photosynthèse) et aide à identifier les molécules absorbantes.
4. Photosensibilisation : Dans ce processus, l'énergie lumineuse est absorbée par un type de molécule (le sensibilisateur), et le ou les états riches en énergie résultants du sensibilisateur subissent ensuite des réactions qui aboutissent finalement à l'altération chimique d'un autre type de molécule dans le système. (la molécule de substrat). Le sensibilisateur n'est pas modifié dans certains types de réactions de photosensibilisation.
5. Effets des rayons UV sur les molécules et les cellules : Ce domaine s'intéresse à la photochimie du rayonnement UV de l'acide désoxyribonucléique (ADN), de l'acide ribonucléique (ARN) et des protéines, et aux effets biologiques produits par les changements photochimiques et photophysiques de ces molécules (par exemple, létalité, mutations). Le domaine s'intéresse également aux systèmes biochimiques sophistiqués par lesquels les cellules peuvent réparer ces dommages photochimiques.
6. Photobiologie environnementale : Les différentes longueurs d'onde de la lumière du soleil exercent des effets à la fois bénéfiques et néfastes, non seulement sur les cellules et les organismes individuels, mais surtout sur l'ensemble de l'écosystème, où l'on traite des effets de la lumière sur la composition et la productivité des espèces.
7. Photomédecine : Ce domaine concerne à la fois les effets néfastes et les effets bénéfiques des rayonnements non ionisants. En photomédecine, on pense le plus souvent en termes de cancer de la peau induit par la lumière du soleil, mais il existe de nombreux autres sujets importants. Ensuite, il y a la zone bénéfique, où la lumière seule, par exemple la "luminothérapie à faible niveau", ou les sensibilisateurs plus la lumière sont utilisés pour traiter certaines conditions cliniques, par exemple le psoriasis et le cancer. La photomédecine englobe également le domaine de la photo-immunologie, par exemple, l'absorption de la lumière peut moduler le système immunitaire de l'organisme, et ainsi empêcher le rejet immunologique des tumeurs.
8. photoréception non visuelle : La lumière est reçue par un récepteur dans un organisme pour surveiller l'environnement sans former d'image, contrairement au cas deVision. Quelques exemples sont l'horloge circadienne, qui contrôle les niveaux hormonaux chez les oiseaux et les animaux, et le photopériodisme, qui contrôle la croissance saisonnière des plantes et des animaux.
9. Vision (scotopique, etc.) : La photoréception qui entraîne la formation d'une image. Ce domaine couvre la structure et la photochimie des pigments visuels dans les photorécepteurs en bâtonnets et cônes des yeux.
10. photomorphogenèse : Le développement d'un organisme peut être influencé par l'information à la lumière. Ces informations proviennent de la quantité, de la qualité (c'est-à-dire des longueurs d'onde présentes), de l'asymétrie spatiale (c'est-à-dire de la direction d'où provient la lumière) et de la périodicité de la lumière. Quelques exemples de photomorphogenèse sont la germination de graines sensibles à la lumière et la floraison de plantes à jours longs.
11. Photomouvement (phototropisme) : Pour produire du mouvement, les plantes et les organismes dépendent de la qualité et de la direction de la lumière frappant leurs photorécepteurs. Dans la photokinésie, un organisme nage vers ou loin de la lumière. La courbure phototrophe des plantes peut exister vers ou loin de la lumière. Le tournesol en est peut-être le meilleur exemple. Charles Darwin, surtout connu pour avoir développé la théorie de l'évolution par sélection naturelle, a collaboré avec son fils Francis à l'écriture d'un premier livre sur le phototropisme, The Power of Movement in Plants (1880). Ce livre a été si influent que Darwin serait bien connu des biologistes même s'il n'avait pas écrit ses grands livres sur l'évolution.
12. Photosynthèse : Ce ne sont pas les informations contenues dans la lumière qui sont utilisées dans la photosynthèse, mais plutôt l'énergie de la lumière qui est convertie en énergie chimique stabilisée. Cela implique l'absorption de la lumière par un pigment, le transfert d'énergie, le piégeage ou la stabilisation d'énergie par les centres de réaction et l'initiation de réactions chimiques du donneur aux molécules accepteuses. Il s'agit d'une réaction de collecte de lumière, alors que la plupart des autres réactions photobiologiques ne nécessitent que quelques photons pour déclencher des réponses.
13. Bioluminescence : Pour la plupart des gens, la bioluminescence est représentée par l'éclair d'une luciole ou la phosphorescence qui intervient fréquemment en agitant la surface de l'océan. La bioluminescence est l'émission de lumière froide très efficace qui a une fonction biologique pour l'organisme concerné, par exemple, trouver un compagnon ou un aliment. Plus de la moitié de tous les phylums du règne animal contiennent des membres bioluminescents.

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