La Bioluminescence Par Pr. HUBERT Bastien

1. Définition La bioluminescence est la production et l’émission de lumière par un organisme vivant, résultant d’une réaction chimique au cours de la quelle l’énergie produite est transformée en énergie lumineuse. La bioluminescence est une forme de luminescence, à ne pas confondre avec la phosphorescence ou la fluorescence.

2. Origine La bioluminescence peut être générée par des organismes symbiotiques hébergés par un hôte plus grand. Le composer a l’origine de la luminescence est la luciférine, celle-ci émet de la lumière en s‘oxydant grâce à l'intervention de la luciférase, une enzyme. La réaction chimique peut avoir lieu à l'intérieur ou à l'extérieur de la cellule. Chez les bactéries, l'expression des gènes liés à la bioluminescence est contrôlée par un opéron appelé lux opéron.

MÉCANISME DE RÉACTION DE LA BIOLUMINESCENCE Luciférase (enzyme) luciférine Complexe Luciférine/Luciférase O2 Dioxygène Complexe oxydé et donc excité alors émissions de photons

3. Types de bioluminescence Bioluminescence intracellulaire La bioluminescence intracellulaire est produite par des cellules spécialisées de certaines espèces multicellulaires, dont la lumière est émise vers l'extérieur à travers la peau ou intensifiée par des lentilles et des matériaux réfléchissants (comme les cristaux d‘urate des lucioles). Ce type de bioluminescence est celle de nombreuses espèces de calamars. Bioluminescence extracellulaire La bioluminescence extracellulaire est réalisée à partir de la réaction entre la luciférine et la luciférase. Une fois synthétisé, chaque composant est stocké dans des glandes de la peau ou sous celle-ci. L'expulsion et le mélange de chaque réactif à l'extérieur produit des nuages lumineux. Ce type de bioluminescence est commun à quelques espèces de crustacés et aux céphalopodes abyssaux. Symbiose avec des bactéries bioluminescente Ce phénomène est uniquement connu chez les animaux marins comme les cténophores (plancton) , les méduses, les vers, les mollusques, et les poissons. C’est le type de bioluminescence le plus répandu du règne animal. À différents endroits du corps, les animaux possèdent de petites vésicules, appelées photophores qui renferment des bactéries luminescentes. Les organes lumineux sont reliés au système nerveux ce qui permet à l'animal de contrôler l'émission lumineuse.

4. Fonction de la bioluminescence Camouflage Certains poissons utilisent la bioluminescence à des fins de camouflage. En effet, à des profondeurs moyennes, les prédateurs traquent leurs proies par-dessous. Certains poissons grâce à la bioluminescence produite sur leur région ventrale simule la lumière de la surface et deviennent « invisibles » aux prédateurs en dessous d'eux. Répulsion Certains calmars et petits crustacés utilisent des mélanges chimiques bioluminescents (afin de repousser les attaques des prédateurs) un nuage de luminescence est expulsé repoussant un potentiel prédateur permettant ainsi au calmar ou au crustacé de prendre la fuite en toute sécurité.

Attraction Communication La bioluminescence peut également être utilisée comme un leurre par différentes espèces abyssales. Un appendice lumineux au dessus de la tête du poisson permet d'attirer les petits animaux à une distance permettant l'attaque. L'attraction des partenaires sexuels est une autre fonction de la bioluminescence. Le plancton bioluminescent, que l'on trouve dans les eaux propres, comme sur les côtes nord de Bretagne près de Saint-Malo , dans les réserves, en Corse et au sud-est de la France : Porquerolles… Les micro organismes composant le plancton utilisent la bioluminescence pour être mieux vus des poissons : le poisson, attiré par ses lumières arrive et les avale. Le plancton se reproduit plus vite dans l'abdomen du poisson que dans l'eau (présence de bactérie, température plus élevée…) c'est pourquoi il arrive, que dans ces régions, si on s'amuse à remuer l'eau on peut y apercevoir des petits nuages bleutés qui s'y forment. Communication La bioluminescence pourrait également jouer un rôle direct dans la communication entre bactéries (voir quorum sensing). Elle induit également la symbiose entre des bactéries et une espèce hôte et pourrait jouer un rôle dans l'agrégation de colonie.

5. Bioluminescence et biotechnologies La bioluminescence des organismes est la cible de nombreux domaines de recherche. Des bactéries vivant en symbiose avec de nombreux invertébrés marins ou des poissons sont un modèle expérimental dans l'étude des symbioses, du quorum sensing et de la bioluminescence. En biotechnologie, la bioluminescence a permis le développement de l‘ATPmétrie. En effet, la luciférase est également capable de réagir avec l’adénosine triphosphate (ATP). Elle permet donc de quantifier la biomasse dans un échantillon.

6. Notion d’ATPmétrie et du Quorum sensing Le quorum sensing est un mécanisme de régulation contrôlant l'expression de certains gènes bactériens. La détection du quorum contribue à la synchronisation de l'expression (ou de la répression) de gènes particuliers au sein d'une population bactérienne en fonction de la densité de celle-ci (nombre de cellules par unité de volume). Elle repose sur la capacité de bactéries à communiquer avec leurs congénères en utilisant des signaux moléculaires. L'ATPmétrie est une technique de biologie moléculaire, basée sur le principe de la bioluminescence. L'ATP est la première source d'énergie de toute cellule vivante. Il est alors possible grâce à cette méthode d'avoir une estimation instantanée de la biomasse totale contenue dans un échantillon.

Animaux bioluminescent cténophore cténophore Animaux bioluminescent petits nuages bleutés dus au plancton bioluminescent Calamars bioluminescent Film sur les Abysses : http://www.dailymotion.com/video/x1qsr9_vu-du-ciel-les-abysses_animals Vibrio harveyi Poisson dragon produisant de la lumière Boîte de culture photographiée dans une chambre noire, les bactéries constituant la seule source lumineuse.

Annexe Symbiose : association intime et durable entre deux organismes différents voir plus. Cténophores : ce sont des organismes prédateurs le plus souvent planctoniques ; ils constituent une bonne part de la biomasse planctonique mondiale

SOURCES Wikipédia : http://fr.wikipedia.org/wiki/Bioluminescence http://www.dailymotion.com/video/x1qsr9_vu-du-ciel-les-abysses_animals http://www.astronoo.com/articles/vieDesAbysses.html http://www.didier-pol.net/destine.htm