Qui allume la lumière sous l’eau ? — Adulte

Fabriquer de la lumière en dégageant peu de chaleur

Une ampoule électrique transforme une partie de l'énergie qu'elle reçoit en lumière. Une autre partie est dissipée sous forme de chaleur.

Les organismes bioluminescents utilisent un mécanisme différent : une réaction chimique dont une partie de l'énergie est directement émise sous forme de lumière.C'est la bioluminescence.Dans de nombreux systèmes biologiques, cette réaction fait intervenir une substance appelée luciférine et une enzyme nommée luciférase. En présence des réactifs nécessaires, la transformation chimique libère de l'énergie qui peut être émise sous forme de photons, les particules élémentaires de lumière.Le phénomène ne nécessite donc aucune source lumineuse extérieure.Contrairement à une flamme, il produit généralement très peu de chaleur par rapport à la quantité de lumière émise. C'est pourquoi on parle parfois de lumière froide.Il n'existe cependant pas une seule recette chimique de la bioluminescence. Les luciférines et les mécanismes de production varient selon les organismes. Certains possèdent leurs propres cellules lumineuses ; d'autres hébergent des bactéries capables de fabriquer la lumière à leur place.Cette diversité se retrouve dans les couleurs produites. Dans l'océan, les émissions bleues et vertes sont particulièrement fréquentes. Ces longueurs d'onde se propagent relativement bien dans l'eau de mer, alors que la lumière rouge est généralement absorbée plus rapidement.Mais toutes les émissions ne sont pas destinées à éclairer les alentours. Certaines ne durent qu'un instant, comme les éclats qui apparaissent à la surface des vagues.

Le premier indice est l’origine de l’énergie. L’éclat commence à l’intérieur d’un être vivant.

Le mystère des vagues lumineuses

Suivez la lumière des yeux. Elle longe la vague, disparaît et revient à la suivante.

Imaginez une plage plongée dans l'obscurité. La mer paraît noire, jusqu'au moment où une vague déferle. Une ligne bleutée apparaît dans l'écume, puis s'efface. Sur le sable humide, chaque remous semble réveiller de nouvelles étincelles.

Ce phénomène peut être provoqué par de minuscules organismes planctoniques, notamment certains dinoflagellés.Parmi eux figure la noctiluque, Noctiluca scintillans, un organisme unicellulaire présent dans de nombreuses régions marines.Malgré sa petite taille, la noctiluque possède un système chimique capable de produire de la lumière. Lorsqu'une cellule lumineuse subit une stimulation mécanique, une succession de phénomènes cellulaires peut déclencher un bref éclair.Le mouvement d'une vague, le passage d'un poisson ou l'agitation provoquée par un bateau peuvent ainsi stimuler de nombreuses cellules.Une seule émission serait presque imperceptible. Mais lorsque des concentrations importantes d'organismes lumineux se trouvent dans l'eau, leurs éclats simultanés peuvent dessiner le mouvement d'une vague ou le sillage d'une embarcation.Le plus étonnant est que cette lumière pourrait jouer un rôle défensif.Chez certains dinoflagellés bioluminescents, les chercheurs ont proposé et étudié plusieurs mécanismes. Un éclair pourrait surprendre un petit prédateur ou attirer l'attention d'un prédateur plus grand sur celui qui vient de perturber la cellule lumineuse.Cette seconde hypothèse est parfois appelée alarme antivol : l'organisme agressé produirait un signal susceptible de rendre son agresseur plus visible à un autre prédateur.Il ne faut toutefois pas attribuer automatiquement cette fonction à toutes les espèces lumineuses.La noctiluque réserve d'ailleurs une autre surprise : toutes ses populations ne sont pas bioluminescentes. Certaines ont perdu cette capacité, ce qui montre qu'appartenir à une espèce connue pour ses scintillements ne garantit pas la production de lumière.Le spectacle dépend donc à la fois des organismes présents, de leur capacité lumineuse, de leur abondance et des conditions d'observation.

La méduse qui porte la nuit dans son nom

En Méditerranée, les plongeurs connaissent bien la pélagie, Pelagia noctiluca. Cette méduse rose ou mauve possède huit tentacules marginaux et quatre longs bras buccaux.

Son nom scientifique évoque directement sa capacité à briller : noctiluca signifie « qui brille la nuit ».La pélagie peut produire des émissions lumineuses, notamment en réponse à certaines stimulations. Dans l'obscurité, ces émissions peuvent révéler une activité que ses couleurs habituelles ne permettent pas de distinguer.Car il faut séparer deux phénomènes.La couleur rose ou mauve de la méduse correspond à la manière dont son corps absorbe et renvoie la lumière reçue. Sa bioluminescence, elle, provient d'une réaction chimique qui produit réellement de la lumière.Pourquoi cette méduse possède-t-elle une telle capacité ?Une émission déclenchée par une perturbation pourrait intervenir dans les interactions avec d'autres animaux. Mais observer un éclair après un contact ne suffit pas à démontrer qu'il repousse efficacement un prédateur.C'est précisément l'une des difficultés rencontrées par les biologistes : produire de la lumière et utiliser cette lumière pour obtenir un avantage sont deux choses différentes.Pour comprendre le rôle d'une émission, il faut étudier les circonstances dans lesquelles elle apparaît et la réaction des animaux qui l'entourent.Dans les profondeurs, certaines espèces offrent toutefois des exemples beaucoup plus évidents d'utilisation de la lumière. Chez elles, l'émission lumineuse fait partie d'un dispositif de chasse.

Une méduse pélagie mauve dans l’eau sombre. — La pélagie paraît rose ou mauve sous un éclairage extérieur. Les points lumineux évoquent une émission provoquée par une stimulation. Cette représentation est illustrative. © dive.explo360.fr — Tous droits réservés. Reproduction interdite sans autorisation.

Diable noir femelle et leurre lumineux au-dessus de la bouche. — Chez la femelle du diable noir, le petit organe au bout de la tige abrite les bactéries lumineuses. Une proie qui s’approche du leurre peut se trouver à portée de la bouche. © dive.explo360.fr — Tous droits réservés. Reproduction interdite sans autorisation.

Dans les abysses, une lumière qui annonce un piège

À grande profondeur, la lumière du Soleil faiblit, puis disparaît. Les organismes qui vivent dans ces profondeurs évoluent dans un environnement où les rencontres sont rares et où trouver de la nourriture peut devenir difficile.

C'est là que vivent les baudroies abyssales.Parmi elles, le diable noir, Melanocetus johnsonii, possède une apparence singulière : une tête volumineuse, une bouche garnie de longues dents et, chez la femelle, une tige dressée au-dessus du crâne.À l'extrémité de cette tige se trouve un petit organe lumineux.La tige provient d'un rayon de la nageoire dorsale transformé au cours de l'évolution. Elle porte un leurre que le poisson peut présenter devant sa bouche.Dans l'obscurité, une petite proie susceptible de percevoir cette lueur peut s'en approcher. Si elle arrive suffisamment près, la baudroie peut tenter de la capturer avec sa grande bouche.Mais le plus surprenant n'est pas le piège. C'est l'origine de sa lumière.Le diable noir ne produit pas seul la lumière de son leurre : il héberge des bactéries bioluminescentes.Ces microorganismes vivent dans un organe spécialisé où leur activité lumineuse bénéficie au poisson.Cette association entre deux organismes différents constitue une forme de symbiose. Le poisson fournit un habitat aux bactéries et utilise leur capacité à produire de la lumière.La chasse dépend ainsi d'une coopération biologique entre un vertébré et des êtres vivants microscopiques.Toutes les baudroies ne possèdent cependant pas un leurre lumineux. Les baudroies des fonds côtiers, par exemple, peuvent attirer leurs proies avec un appendice qui imite un petit animal, sans produire de lumière.Dans les abysses, la bioluminescence a permis à certaines espèces de transformer un dispositif de pêche en piège lumineux.Mais il existe une stratégie encore plus déroutante : utiliser la lumière non pas pour attirer l'attention, mais pour disparaître.

Se faire moins visible en s’allumant

Imaginez un petit poisson nageant en pleine eau, à plusieurs centaines de mètres de profondeur.

Au-dessus de lui, la faible lumière provenant de la surface dessine un fond légèrement plus clair. Pour un prédateur placé en dessous, le corps du poisson forme une silhouette sombre qui se détache sur cette clarté.Le poisson est donc visible précisément parce qu'il ne produit pas de lumière.Certaines espèces ont développé une solution remarquable : elles possèdent sur leur face ventrale des organes lumineux appelés photophores.Ces organes émettent une lumière dirigée vers le bas. Lorsque son intensité correspond suffisamment à celle du milieu lumineux situé au-dessus, elle réduit le contraste de la silhouette.Vu d'en dessous, le poisson devient beaucoup plus difficile à distinguer.Cette stratégie s'appelle la contre-illumination.Elle est utilisée par différents animaux marins, notamment certains poissons et calmars.Le principe repose sur une particularité du milieu océanique : même lorsque la lumière est très faible, elle provient principalement de la direction de la surface. Un animal sombre intercepte cette lumière et devient visible par contraste.En produisant une émission adaptée, il peut atténuer cette ombre.La lumière sert donc ici de camouflage.Certains organismes disposent même de mécanismes permettant de moduler leur émission en fonction de la lumière ambiante.Ce phénomène n'est pas efficace dans toutes les situations. Il dépend notamment de la profondeur, de la luminosité et de la position de l'observateur.Mais il illustre une idée contre-intuitive : dans l'océan, produire de la lumière peut être une manière de se cacher.