Nouvelle-Zélande ' La grotte de Waitomo est illuminée par une lumière étrange

En 1888, le chef maori local de la tribu Kawhia, un homme nommé Tane Tinorau, décida de diriger un groupe de guerre et d’attaquer une autre tribu dans la région de Waikoto, dans l’île du Nord de la Nouvelle-Zélande.

Après avoir réussi à conquérir l’autre clan, un chasseur a été envoyé pour trouver de la nourriture. Il est tombé par hasard sur l’entrée d’un réseau de grottes. Le chef Tinorau a été le premier à explorer les grottes en détail, flottant sur un radeau fait de tiges de fleurs de lin avec juste une torche allumée pour guider le chemin.

Cependant, sa torche n’était pas la seule lumière dans la grotte. Au-dessus de sa tête, le toit de la grotte scintillait comme le ciel nocturne. Il y avait des milliers de minuscules insectes attachés au rocher, chacun scintillant dans l’obscurité. Le bel effet a valu aux grottes leur nom: les grottes de Waitomo Glowworm.

Ce ne sont qu’un environnement dans lequel vous pouvez trouver des créatures de lumière – l’une des nombreuses espèces qui peuvent émettre une lueur brillante pour aider à attraper des proies, éviter les prédateurs, même pour trouver un partenaire. Ces créatures brillantes sont l’un des sites les plus familiers du monde naturel, mais dans certains cas, nous commençons tout juste à les comprendre.

Les vers luisants de la grotte de Waitomo ne sont pas du tout des vers. Ce sont les larves de moucherons de champignons: de petites mouches délicates qui se nourrissent de champignons. Dès que les larves éclosent, elles commencent à faire tourner des cordes en toile collantes du plafond de la grotte. Les fils soyeux ont inspiré le nom latin des insectes: Arachnocampa luminosa, qui se traduit directement par “ver araignée rougeoyant”.

La bioluminescence a évolué séparément au moins 50 fois

Les vers luisants déposent des globules de mucus collant le long des fibres de la toile, ce qui les fait ressembler à des colliers de perles de verre suspendus comme des lignes de pêche au plafond. Ils pendent ensuite aux fils soyeux et s’assoient et attendent. Une glande en forme d’orbe dans leur queue produit la lumière bleue fantomatique: la lumière brille littéralement de leur dos.

Les autres insectes qui vivent dans le noir de la grotte ne peuvent pas voir le piège collant du ver luisant – mais ils peuvent voir la lumière bleue. Attirés comme des papillons de nuit par une flamme, ils volent vers le haut – seulement pour être pris au piège. Tout ce qu’il reste ensuite au moucheron affamé est de dévorer sa proie vivante.

Les vers luisants sont habiles à vivre dans l’obscurité. En plus des grottes de Waitomo, on peut également les trouver cachés dans des auvents forestiers sombres et humides. Ils utilisent une réaction chimique dans leur corps pour créer de la lumière: un processus connu sous le nom de bioluminescence.

Ils sont loin d’être seuls à générer de la lumière de cette façon. La bioluminescence a évolué séparément au moins 50 fois. La compétence est dispersée dans tout l’arbre de vie, apparaissant chez les insectes, les poissons, les méduses, les bactéries et même les champignons.

Bien que ces organismes puissent être remarquablement différents les uns des autres – cela fait des milliards d’années que certains d’entre eux ont partagé un ancêtre commun pour la dernière fois –, la réaction chimique responsable de la production de lumière est remarquablement similaire chez les organismes bioluminescents.

Dans chaque cas, l’animal, les champignons ou les bactéries profitent de la nature réactive de l’oxygène, qui veut se combiner avec d’autres éléments dans un processus appelé oxydation. L’oxygène se lie à un produit chimique appelé luciférine et subit une réaction chimique, aidée par une enzyme appelée luciférase.

Une glande en forme d’orbe dans leur queue produit la lumière bleue fantomatique

Le composé à haute énergie qui se forme se décompose ensuite, libérant suffisamment d’énergie pour exciter les électrons dans les atomes afin qu’ils s’éloignent plus du noyau. Lorsqu’ils se détendent à l’endroit où ils se trouvaient, un photon est expulsé et de l’énergie sous forme de lumière visible est libérée.

Bien que toutes les créatures bioluminescentes utilisent à peu près la même réaction, la nature et la structure exactes de la luciférine et de la luciférase varient considérablement d’une espèce à l’autre.

Dans le cas des vers luisants de la grotte de Waitomo, les chercheurs commencent tout juste à étudier comment les larves produisent de la lumière. La première étude de ce type a été publiée en 2015. Les scientifiques ont découvert une similitude remarquable avec peut-être le plus célèbre de tous les animaux bioluminescents: la luciole.

Les chercheurs n’avaient aucune raison de soupçonner que la bioluminescence du ver luisant de Waitomo ressemblerait à la version firefly. D’une part, lorsque vous mélangez la luciférine luciole avec la luciférase Waitomo glowworm, aucune lumière n’est produite.

Il existe une distance évolutive énorme entre les vers luisants et les lucioles

Le ver luisant utilise également une partie inhabituelle de son corps pour fabriquer des organes lumineux appelés tubules malphighiens qui font partie du système excréteur de l’insecte. C’est un peu comme si les humains faisaient de la lumière à partir de leurs reins. Aucun autre insecte bioluminescent n’est connu pour le faire.

Pour approfondir leurs recherches, des scientifiques de l’Université d’Otago en Nouvelle-Zélande ont isolé des gènes des tubules malphigiens des vers luisants et ont cherché à déterminer lesquels étaient exceptionnellement actifs par rapport à l’activité des gènes ailleurs dans le corps des insectes.

Remarquablement, trois des gènes les plus actifs codaient pour des protéines similaires à la luciférase des lucioles. C’est étrange car, bien que les deux espèces soient toutes deux des insectes, il existe une distance évolutive énorme entre les vers luisants et les lucioles. L’un est une mouche et l’autre un scarabée. Pour trouver un ancêtre commun aux deux organismes, il faudrait remonter 330 millions d’années en arrière.

Il est presque impossible qu’un ancêtre commun ait transmis les gènes de bioluminescence aux deux insectes, car la majorité des autres insectes qui ont évolué à partir du même ancêtre ne brillent pas dans l’obscurité. Au lieu de cela, les deux luciférases peuvent avoir évolué indépendamment d’une enzyme commune héritée d’un ancêtre il y a longtemps.

“Les deux insectes sont suffisamment éloignés sur le plan évolutif pour que nous attendions une chimie unique du ver luisant”, explique Kurt Krause, l’un des scientifiques qui ont étudié le ver luisant. “Il semble que la luciférine soit complètement différente de celle de la luciole, mais l’enzyme luciférase présente de nombreuses caractéristiques similaires.”

La nature a trouvé différentes façons de résoudre le problème de la fabrication de la lumière

C’est une découverte inhabituelle, étant donné que les chercheurs savent que d’autres organismes bioluminescents utilisent toutes sortes de produits chimiques différents pour produire une lueur. Le ver de chemin de fer, qui n’est pas non plus un ver mais la larve d’un coléoptère, utilise deux luciférases différentes pour produire deux couleurs distinctes – le rouge et le vert comme un feu de circulation. Le plancton unicellulaire appelé dinoflagellés fabrique sa propre luciférine, qui est chimiquement très similaire à la chlorophylle chimique verte trouvée dans les plantes.

Certains animaux bioluminescents volent leur luciférine à d’autres créatures, ce qui permet aux autres de fabriquer leur lumière pour eux.

Le calmar bobtail hawaïen, par exemple, exploite la nature lumineuse de la bactérie Vibrio fischeri. Les bactéries ne produisent pas de lumière lorsqu’elles flottent seules dans l’océan, mais lorsqu’elles sont incorporées dans l’organe lumineux du calmar, elles commencent à faire briller une faible lumière bleue. La relation est mutuellement bénéfique car en échange de la production de lumière, les bactéries reçoivent un flux constant de nutriments.

“Si vous regardez la chimie des luciférines, bien que l’oxygène moléculaire déclenche toujours la réaction éclatante, les luciférines chimiques utilisées dans la réaction sont très différentes”, explique Krause. “La nature a trouvé différentes façons de résoudre le problème de la fabrication de la lumière.”

Comment exactement cette capacité de génération de lumière est-elle apparue en premier lieu? Une théorie est que les luciférines ont d’abord évolué en tant qu’antioxydants.

Au début de la Terre, avant que notre planète n’ait une atmosphère appropriée, les formes de vie ont été bombardées de rayons UV du Soleil. Ce rayonnement aurait brisé l’eau et libéré une forme réactive nocive d’oxygène qui endommage les cellules. La vie a réagi en produisant des antioxydants – des produits chimiques capables d’éponger cet oxygène dangereux.

Entre 80 et 90% des espèces vivant à 700 m ou plus sous le niveau de la mer peuvent produire leur propre lumière

Progressivement, l’atmosphère terrestre a changé. Les niveaux d’oxygène ont augmenté, ce qui signifiait qu’il y en avait plus à se dissoudre dans les océans et que les organismes pouvaient commencer à explorer des niveaux plus profonds de l’océan tout en obtenant l’oxygène dont ils avaient besoin pour survivre. Mais peu de la lumière UV nocive filtre à travers la colonne d’eau, de sorte que les antioxydants produits par ces organismes vivant en profondeur étaient hors d’usage.

L’évolution a répondu comme elle le fait toujours: il a improvisé, trouvant un nouveau rôle pour les antioxydants.

Comme il y avait peu de lumière en profondeur, les espèces avaient besoin d’un moyen de trouver de la nourriture et des partenaires. Exploitant le fait que les antioxydants avaient déjà évolué pour interagir avec l’oxygène, evolution a progressivement sélectionné des versions qui génèrent de la lumière dans le cadre de cette interaction. La bioluminescence a évolué – et elle s’est avérée une innovation si utile que, comme le dit le proverbe, elle s’est propagée comme une traînée de poudre.

En fait, on pense qu’entre 80 et 90% des espèces vivant à 700 m (2 297 pieds) ou plus sous le niveau de la mer peuvent produire leur propre lumière.

Même dans les endroits les plus sombres, de nombreux animaux ont des yeux qui s’efforcent d’attraper la moindre lueur, et il semble que certains animaux aient évolué en bioluminescence pour essayer d’attirer leur attention.

Dans certains cas, avoir un corps qui s’allume peut en fait vous rendre moins susceptible d’être vu

La baudroie d’apparence effrayante, par exemple, a un appendice en forme de lance qu’elle allume comme un phare. Les poissons nagent pour y regarder de plus près et se font déchirer par les mâchoires monstrueuses de la baudroie.

Les lucioles, quant à elles, utilisent la lumière pour attirer un partenaire plutôt qu’un repas. Chez certaines espèces, les mâles émettent un motif spécifique qui indique aux femelles qu’elles sont intéressées par l’accouplement.

Mais les créatures de lumière n’ont pas toujours d’attraction sur leur esprit. Certains génèrent de la lumière pour détourner l’attention – ou même pour éviter tout examen indésirable. Dans certains cas, avoir un corps qui s’allume peut en fait vous rendre moins susceptible d’être vu.

Les lumières étincelantes du calmar bobtail hawaïen susmentionné lui permettent de se camoufler, car la lumière imite celle de la lumière tachetée filtrant la colonne d’eau depuis la surface. Les prédateurs, y compris les requins, chassent souvent par le bas en cherchant des silhouettes dans l’eau où un animal bloque le filtrage de la lumière du soleil. L’utilisation de la bioluminescence comme forme de contre-illumination peut déjouer ces attaques, en rendant l’animal aussi brillant que l’eau environnante.

Les poissons-éclos utilisent également cette approche. Ils ont des organes émettant de la lumière qui pointent vers le bas de leur ventre. Ils sont capables d’affiner la quantité de lumière qu’ils produisent pour qu’elle corresponde à celle provenant du ciel, ce qui les rend presque invisibles pour les prédateurs en dessous.

Les prédateurs, y compris les requins, chassent souvent par le bas en cherchant des silhouettes dans l’eau

En plus de se camoufler, les animaux peuvent utiliser des lumières clignotantes pour surprendre et confondre leurs ennemis, leur faisant gagner un temps précieux pour s’échapper. Les calmars vampires vivent au plus profond des profondeurs de l’océan. S’ils sont attaqués, ils projettent un mucus brillant dans le noir sur leur agresseur.

Les étoiles fragiles, un proche parent des étoiles de mer, ont également une façon unique et sournoise de tromper les prédateurs. Ils peuvent détacher l’un de leurs bras luminescents pour que le prédateur poursuive le bras au lieu du corps principal de l’étoile fragile. Plus tard, ils peuvent re-développer leur appendice.

Certaines espèces de concombres de mer – un autre parent d’étoile de mer – sont encore plus effrontées et peuvent transmettre leurs parties du corps brillantes aux poissons qui passent. Le prédateur poursuit alors le poisson pendant que le concombre de mer s’échappe.

D’autres créatures peuvent déjouer leurs prédateurs. Ils utilisent la bioluminescence pour attirer les animaux qui attaqueront et mangeront ces chasseurs.

Le plancton dinoflagellé entre dans cette catégorie. Ils produisent des affichages éblouissants de lumière bleue la nuit. La lumière alerte les animaux plus haut dans la chaîne alimentaire, qui sont attirés par la perspective d’attraper et de manger l’un des animaux qui paissent sur le plancton.

Les étoiles fragiles peuvent détacher un de leurs bras luminescents de sorte que le prédateur poursuit le bras au lieu du corps principal

Alors, comment les animaux savent-ils que la lumière qu’ils produisent attirera le bon type d’attention? Si la lumière peut à la fois effrayer ou attirer, attirer ou distraire, vous voulez vous assurer que vous avez le bon effet sur vos proies, vos compagnons ou vos prédateurs.

Une théorie est que les organismes sont généralement attirés par une lueur, mais effrayés ou détournés par de brefs éclairs lumineux. Par exemple, lorsque la mouche Waitomo glowworm femelle émerge de son cocon, elle émet une lueur constante. Elle est rapidement entourée de mâles voulant s’accoupler avec elle.

La lueur constante est également utile pour attirer les insectes pendant un repas. C’est cet effet qui fait scintiller le toit de leurs grottes comme le ciel nocturne – captivant l’attention humaine depuis que le chef Tinorau a été témoin du spectacle pour la première fois il y a 130 ans.Instagram Facebook, ou suivez-nous sur Twitter et Instagram.

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