La bioluminescence, c'est quoi ? - Aquarium La Rochelle

Si les paysages sous-marins peuvent être incroyablement colorés juste sous la surface et lorsque les fonds sont baignés de la lumière du soleil, il en est tout autrement au fur et à mesure que l'on s'enfonce vers les profondeurs marines. On qualifie souvent l'océan de monde du silence, il est aussi, à sa manière et dans ses profondeurs, le monde de l'obscurité.

Totale ? Non, car même dans le royaume de l'ombre, subsistent de faibles lueurs, émises par les discrets résidents des profondeurs ou des grottes. Des éclats dans l'obscurité pour un phénomène précis : la bioluminescence.

Préambule

Lumière du soleil et vue des poissons

La lumière blanche du soleil

Avant de s’aventurer sous la surface, un petit rappel s’impose. La lumière solaire est une lumière blanche, composée en réalité de plusieurs gammes de couleurs appelées radiations, ou ondes. Ces différentes gammes de couleurs, qui constituent cette lumière blanche, peuvent être observées lors d’un phénomène météorologique bien connu : l’arc-en-ciel. Il se forme lorsque les rayons du soleil, en fonction de leur incidence, traversent un nuage ou un rideau de pluie, causant alors la réfraction de la lumière à l’entrée de la goutte, sa réflexion sur la paroi interne, puis une nouvelle réfraction à la sortie. C’est cette double réfraction qui disperse la lumière blanche en ses différentes couleurs, chacune renvoyée vers l’œil selon un angle qui lui est propre.

Décomposition de la lumière blanche - Article la bioluminescence, c'est quoi ? - Aquarium La Rochelle

Comment la lumière du soleil disparaît dans l’océan

Lorsque la lumière du soleil pénètre la surface de l’océan et s’enfonce vers les profondeurs, les ondes qui composent cette lumière blanche disparaissent progressivement : on dit qu’elles sont absorbées.

L’onde rouge s’efface dès les premiers mètres, suivie de l’onde orange puis de l’onde jaune, absorbées avant 20 mètres. L’onde verte résiste un peu plus longtemps et disparaît autour de 30-35 mètres.

L’onde violette s’estompe à son tour vers 40-45 mètres. C’est l’onde bleue qui pénètre le plus profondément : encore perceptible jusqu’à 100-200 mètres en eau claire, avant que ne commence le royaume de l’obscurité.

Ce schéma est une représentation synthétique : les valeurs indiquées sont des moyennes, établies pour une eau claire, et peuvent varier selon les paramètres du milieu (turbidité, présence de particules, etc.).

Schéma simplifié de l'absorption des différentes ondes de couleurs qui constituent la lumière blanche du soleil en fonction de la profondeur de l'océan.

La vue des poissons

La plupart des poissons sont myopes. C’est-à-dire que leurs yeux sont adaptés à la vision de près et se révèlent beaucoup moins performants lorsqu’il faut discerner quelque chose d’éloigné, comme chez l’Homme pour les individus atteints de myopie. L’organisation du globe oculaire des poissons est cependant très similaire à celle des vertébrés, groupe auquel nous appartenons. En revanche, la mise au point pour évaluer les distances se fait différemment, par des mouvements d’avant en arrière du cristallin et non par des variations de sa forme comme chez les mammifères.
En eaux lumineuses, les poissons perçoivent les couleurs dans un spectre plus ou moins large et parfois de manière sélective, ce qui facilite la reconnaissance entre les individus d’une même espèce. Les espèces de poissons qui vivent en plus grande profondeur, dans des eaux plus sombres, ont quant à elles une vision en noir et blanc.

Poisson-soldat à bande noire _ myripristis jacobus ©Aquarium La Rochelle SAS

Disparition contre-intuitive :

Dans la nature, certaines espèces de poissons présentent des livrées rouges ou rouge/orange très vives, comme le poisson-soldat à bande noire (Myripristis jacobus) en photo ci-dessus. Lorsqu’observés en aquarium, de telles couleurs amènent à penser que ces poissons sont très voyants et donc dans l’incapacité de se camoufler afin de se dérober à la vue des prédateurs. Or, il en est tout autrement. En effet, une couleur n’est visible que si son onde correspondante est présente. Ce qui n’est pas toujours le cas dans les profondeurs. Un poisson de couleur rouge apparaît donc gris à partir de quelques mètres sous la surface. Cette couleur, pourtant si voyante en pleine lumière, peut donc être finalement considérée comme un camouflage.

Plusieurs phénomènes lumineux

Dans la nature, chaque lueur peut avoir pour origine un phénomène différent :

La bioluminescence est la capacité pour un être vivant de produire de la lumière grâce à une réaction chimique.
La phosphorescence est la propriété de certains matériaux à emmagasiner de la lumière et à la restituer petit à petit dans l’obscurité.
La fluorescence est la propriété de certains corps d’émettre de la lumière visible lorsqu’ils reçoivent un rayonnement pouvant être invisible (UV, rayons X).

Le terme luminescence est le terme générique qui englobe tous ces phénomènes : c’est l’émission de lumière par une substance ou un organisme sans passer par un échauffement. Contrairement à l’incandescence, où la lumière vient de la chaleur, comme dans le filament d’une ampoule ou la lave en fusion par exemple.

La bioluminescence

Définition, histoire et origines

La bioluminescence dans la nature

Les animaux terrestres capables de produire eux-mêmes de la lumière sont rares : quelques insectes, vers de terres, escargots ou mille pattes. En revanche, tous les habitats marins de la surface au fond, en passant par la pleine eau, renferment des organismes luminescents : bactéries, poissons, pieuvres, crevettes, méduses…

À environ 100 mètres de profondeur, 99 % de la lumière est absorbée. Au-delà de 1 000 mètres règne une obscurité totale. Ces grandes profondeurs, encore mal connues et très partiellement explorées, abriteraient une faune dont on estime que 80 % émettrait de la lumière, avec des usages bien différents selon les espèces.

Différentes interprétations sont possibles concernant le rôle de cette capacité, selon la profondeur à laquelle vit l’animal et en fonction de certains critères anatomiques comme la position des organes lumineux. La bioluminescence peut alors très bien être un signal de reconnaissance entre animaux de la même espèce, pour trouver un ou une partenaire par exemple, une arme défensive pour aveugler ou tromper les prédateurs, ou encore un leurre pour attirer les proies à proximité.

Bioluminescence : marée fluoresente et dinoflagellés - Envato

Le saviez-vous ?

Nous connaissons mieux la surface de la Lune que les fonds de nos océans. Moins de 25 % des fonds marins ont été cartographiés avec précision, alors que la Lune l’est intégralement depuis des décennies. Il y a même eu plus d’astronautes sur la Lune que d’explorateurs ayant atteint la fosse des Mariannes, le point le plus profond de nos océans.

Histoire et découverte

Si le phénomène de la bioluminescence a été décrit pour la première fois par les Chinois depuis plus de mille ans, les premières recherches entreprises sur ce sujet datent du XVIIe siècle (années 1600). Après les nombreuses observations faites, ce sont les progrès en microbiologie à la fin du XIXe siècle (années 1800) qui permirent d’expliquer ce phénomène.

La bioluminescence est en effet due à une réaction chimique. Celle-ci se produit lorsqu’une molécule, la luciférine (du latin lucifer : qui éclaire), se combine à de l’oxygène en présence d’une protéine, la luciférase. L’énergie est alors libérée sous forme de lumière et non de chaleur. On qualifie alors cette lumière de froide, par opposition à la lumière générée par incandescence qui, elle, génère de la chaleur.

* : « Bioluminescence » en mandarin :

生物 [shēngwù] = organisme vivant / biologique
发光 [fāguāng] = émettre de la lumière

La bioluminescence d’origine bactérienne

Certains animaux renferment dans leurs tissus des bactéries symbiotiques qui dégradent la luciférine. Chez les poissons, ces bactéries sont localisées dans des organes définis bien irrigués par des capillaires sanguins qui leur apportent l’oxygène indispensable. Chez certains céphalopodes, des bactéries bioluminescentes sont contenues à l’intérieur des organes lumineux mais sont également présentes dans le mucus de la cavité palléale. Un nuage luminescent est alors visible lorsque l’animal chasse l’eau de sa cavité palléale. Les bactéries sont continuellement luminescentes mais l’animal peut contrôler l’émission de lumière en occultant totalement l’organe lumineux ou en faisant intervenir ses propres pigments pour faire varier l’intensité lumineuse.

Photo ci-contre : Le poisson pomme-de-pin (Cleidopus gloriamaris) que vous pouvez observer à l’Aquarium La Rochelle dans l’espace « Le lagon la nuit » est un bel exemple de bioluminescence dans le monde marin. Ses organes lumineux, situés sur sa mâchoire inférieure, ont pour but d’attirer les petites proies à proximité de sa gueule, dans l’obscurité des cavernes où il vit.

La bioluminescence d’origine animale

Chez certains animaux, la bioluminescence se produit sans intervention bactérienne : l’oxydation de la luciférine par la luciférase peut être déclenchée par divers stimuli, notamment mécaniques (chocs, frottements des vagues, comme chez le protozoaire Noctiluca). L’émission lumineuse n’est alors pas continue.

Cette lumière peut être modifiée par une seconde protéine qui reçoit l’énergie de la réaction et la restitue dans une couleur différente. C’est le cas de la méduse Aequorea victoria (photo ci-contre) : la réaction de l’aequorine (photoprotéine) produit une lumière bleue, transformée par la GFP (green fluorescent protein) en une lumière verte. La couleur finale de l’émission peut ainsi varier selon les pigments présents à proximité des cellules lumineuses.

La fluorescence des coraux

Dans les années 1950, le biologiste René Catala, fondateur de l’Aquarium de Nouméa, découvre que certains coraux deviennent fluorescents sous l’effet des rayons UV. Bien différent de la bioluminescence, ce phénomène serait une adaptation permettant à leurs micro-algues symbiotiques de capter davantage de lumière dans les eaux troubles où elles vivent.

Invisible à l’œil nu sans une lumière bleue spécifique, cette fluorescence est mise en valeur à l’espace « Le lagon la nuit » de l’Aquarium La Rochelle, au sein d’une reconstitution nocturne d’un lagon de Nouvelle-Calédonie.

Espace Le Lagon La nuit à l'Aquarium La Rochelle

Les questions des visiteurs de l’Aquarium La Rochelle sur la bioluminescence

Où trouve-t-on de la bioluminescence dans la nature ?

La bioluminescence est rare chez les organismes terrestres, où seuls quelques insectes, vers de terre, escargots ou mille-pattes en sont capables. Dans le milieu marin en revanche, elle est présente à toutes les profondeurs et dans tous les habitats, de la surface aux abysses en passant par la pleine eau : bactéries, poissons, pieuvres, crevettes ou méduses en font partie.

Est-ce que la bioluminescence dégage de la chaleur ?

Non. La réaction chimique à l’origine de la bioluminescence, entre la luciférine et l’oxygène en présence de luciférase, libère de l’énergie sous forme de lumière et non de chaleur. On parle alors de lumière froide, à l’inverse de l’incandescence, qui elle génère de la chaleur, comme dans le filament d’une ampoule.

Peut-on observer un animal bioluminescent à l’Aquarium La Rochelle ?

Oui, dans l’espace « Le lagon la nuit ». Le poisson pomme-de-pin (Cleidopus gloriamaris) y est un bel exemple : ses organes lumineux, situés sur sa mâchoire inférieure, lui servent à attirer ses proies dans l’obscurité des cavernes qu’il occupe.

Quelle est la différence entre bioluminescence et fluorescence ?

La bioluminescence est produite par l’animal lui-même, grâce à une réaction chimique interne, et reste visible même dans le noir total. La fluorescence, elle, nécessite une source lumineuse extérieure, comme les rayons UV, pour être révélée. C’est le cas des coraux, également mis en valeur à l’espace « Le lagon la nuit », qui deviennent fluorescents sous lumière bleue mais n’émettent aucune lumière par eux-mêmes.

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