Bioluminescence

Définition

La bioluminescence consiste en une production de lumière visible par chimioluminescence de certains organismes vivants. Selon les théories les plus importantes sur la bioluminescence, ses fonctions sont : le camouflage, l'attraction pour la capture ou la reproduction, la répulsion et la communication.

Les phénomènes de bioluminescence et de convection marine sont liés :

Cette schématisation de la bioluminescence est conjointe à la convection marine en mer Méditerranée observée en milieu profond.

Explications

La bioluminescence est une production de lumière par un biote, un être vivant. Elle est un cas particulier de luminescence incluant la phosphorescence et la fluorescence. Dans le cas de la phosphorescence et de la fluorescence, il y a absorption de photons puis ré-émission à une longueur d'onde supérieure.

Dans le cas de la bioluminescence, une forme de chimioluminescence, il y a production de lumière par un organisme, indépendamment de la lumière environnante au moment de la production. Cette réaction chimique implique un substrat et une enzyme, respectivement la luciférine et la luciférase. L'oxydation de la luciférine en présence de luciférase produit un photon ainsi qu'une molécule inactive : l'oxyluciférine. Le retour du substrat à l'état fondamental nécessite de l'énergie, comme par exemple l'ATP.

La bioluminescence survient avec certaines bactéries, mais est également répandue chez les habitants des grands fonds tels que les poissons et en particulier chez les invertébrés tels que les calmars et d'autres céphalopodes, les méduses, les coraux, les éponges et le plancton. Divers champignons et insectes peuvent s'illuminer sur terre. Un exemple bien connu d'un organisme bioluminescent est la luciole.

Il existe des bactéries bioluminescentes qui appartiennent aux genres Photobacterium et Vibrio. Elles sont libres ou symbiotiques. La lumière émise par ces bactéries est continue et se fait sans stimulation extérieure.

Bioluminescence de méduses :

Une multitude d'organismes marins sont bioluminescents, capables de générer une lumière vivante, la bioluminescence, par des réactions chimiques.

Pour l'anecdote, des mesures de bioluminescence planctonique ont été réalisées dans la zone du front Almeria Oran en décembre 1997 et en janvier 1998. Des profils verticaux de bioluminescence, de fluorescence de la chlorophylle, de température et de salinité ont été obtenus avec un bathyphotomètre couplé à une sonde CTD (conductivity temperature depth) et à un fluorimètre (spectrofluoromètre). La première partie de la mission consistait en un échantillonnage régulier le long d'une radiale transversale au front. Au cours de la seconde partie, un échantillonnage répétitif de douze stations sur huit sites correspondant à différentes masses d'eau caractéristiques de la zone frontale a été effectué. Les données hydrologiques permettent de distinguer trois aires marines du nord au sud : "méditerranéenne", frontale et "atlantique". L'échantillonnage en continu indique une augmentation de la bioluminescence marine dans la zone frontale, avec de fortes valeurs en surface et de nombreuses émissions lumineuses jusqu'à 200 m de profondeur. Les eaux méditerranéennes sont caractérisées par une stratification de la bioluminescence qui présente des valeurs intenses dans les 50 premiers mètres et maximales juste au dessus de la thermocline, tandis que la bioluminescence des eaux atlantiques est régulièrement distribuée dans la couche de mélange, entre la surface et 130 m de profondeur. Les profils de bioluminescence indiquent une variabilité inter-sites supérieure à la variabilité intra-sites et reflètent les différences de structures hydrologiques entre les sites. La bioluminescence et la fluorescence sont corrélées à trois des huit sites, suggérant une relative importance d'organismes chlorophylliens bioluminescents. Aucune corrélation directe entre la bioluminescence et la température ou la salinité n'a été mise en évidence, mais la thermocline est, dans de nombreux cas, accompagnée d'une augmentation de l'activité lumineuse.

La bioluminescence est assimilée à une production de lumière par certains êtres vivants appartenant à tous les règnes, mais en particulier pour la luciole. La lumière provient d'une réaction biochimique entre un substrat aldéhydique à longue chaîne (luciférine) et une enzyme à FMN (luciférase). Le substrat est oxydé (oxyluciférine) avec formation d'eau et de lumière. Cette lumière ne contient que les radiations allant du bleu au jaune.

Mesure de la bioluminescence avec un bathyphotomètre

Un bathyphotomètre est un appareil de mesure de la bioluminescence en milieu océanique. L'étude de la bioluminescence marine est compliquée et nécessite un appareillage spécifique pour les milieux profonds (2 000 m).

L'intensité lumineuse solaire influence l'apparition de la bioluminescence par convection et avec la convection marine, on prouve l'existence d'un rythme circadien chez certaines espèces. L'apparition de bioluminescence est très liée au cycle lumineux et du carbone, et dépend donc de la nutrition et de conditions physiques favorables pour le développement du plancton.

Les mesures de bioluminescence sont effectuées grâce à des bathyphotomètres mais l'association d'un bathyphotomètre à une bathysonde et à un fluorimètre constitue un appareil autonome, utilisable à bord de n'importe quel navire scientifique équipé d'un simple treuil hydrologique.

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