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Comment les lucioles s'allument-elles?

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Le scintillement des lucioles au crépuscule confirme que l'été est arrivé. Quand vous étiez enfant, vous avez peut-être capturé ces soi-disant insectes de la foudre dans vos mains en coupe et vous avez jeté un coup d'oeil à travers vos doigts pour les regarder briller, vous demandant comment ces fascinantes lucioles produisent de la lumière.

Bioluminescence chez les lucioles

Les lucioles créent de la lumière de la même manière que fonctionne un bâton lumineux. La lumière résulte d'une réaction chimique, ou chimioluminescence. Lorsqu'une réaction chimique produisant de la lumière se produit au sein d'un organisme vivant, les scientifiques appellent cette propriété bioluminescence. La plupart des organismes bioluminescents vivent dans des environnements marins, mais les lucioles font partie des créatures terrestres capables de produire de la lumière.

Si vous regardez de près une luciole adulte, vous verrez que les deux ou trois derniers segments abdominaux semblent différents des autres. Ces segments comprennent l'organe producteur de lumière, une structure efficace qui produit de la lumière sans perte d'énergie thermique. Si vous avez déjà touché une ampoule à incandescence après quelques minutes d'utilisation, vous savez qu'il fait chaud. Si l'organe lumineux de la luciole émettait une chaleur comparable, l'insecte rencontrerait une extrémité croustillante.

La luciférase les fait briller

Chez les lucioles, la réaction chimique qui les fait briller dépend d'une enzyme appelée luciférase. Ne soyez pas induit en erreur par son nom; cette enzyme n'est pas un travail du diable. Lucifer vient du latin lucis, signifiant lumière, et ferre, ce qui signifie porter. Luciférase est littéralement l'enzyme qui apporte la lumière.

La bioluminescence des lucioles nécessite la présence de calcium, d’adénosine triphosphate, du lucifère chimique et de l’enzyme luciférase au sein de l’organe lumineux. Lorsque cette combinaison d'ingrédients chimiques est introduite par de l'oxygène, une réaction qui produit de la lumière est déclenchée.

Les scientifiques ont récemment découvert que l'oxyde nitrique joue un rôle clé en permettant à l'oxygène de pénétrer dans l'organe léger de la luciole et d'initier la réaction. En l'absence d'oxyde nitrique, les molécules d'oxygène se lient aux mitochondries situées à la surface des cellules de l'organe léger et ne peuvent pénétrer dans cet organe pour déclencher la réaction. Donc, aucune lumière ne peut être produite. Lorsqu'il est présent, l'oxyde nitrique se lie à la mitochondrie, permettant ainsi à l'oxygène de pénétrer dans l'organe, de se combiner avec les autres produits chimiques et de générer de la lumière.

En plus d'être des marqueurs d'espèces pour attirer les partenaires, la bioluminescence est également un signal aux prédateurs des lucioles, telles que les chauves-souris, qu'ils vont avoir un goût amer. Dans une étude publiée dans le numéro d'août 2018 de la revue Progrès de la science, les chercheurs ont constaté que les chauves-souris mangeaient moins de lucioles alors que celles-ci brillaient.

Variations dans les manières de lucioles Flash

Les lucioles produisant de la lumière clignotent selon un motif et une couleur uniques à leur espèce, et ces motifs de flash peuvent être utilisés pour les identifier. Pour apprendre à reconnaître les espèces de lucioles dans votre région, vous devez connaître la durée, le nombre et le rythme de leurs éclairs, leur intervalle de temps entre les éclairs, la couleur de la lumière produite, les habitudes de vol de leur choix et les heures de la nuit les typiquement flash.

La vitesse d'éclair d'une luciole est contrôlée par la libération d'ATP pendant la réaction chimique. La couleur (ou fréquence) de la lumière produite est probablement influencée par le pH. Le taux de flash d'une luciole variera également avec la température. Des températures plus basses entraînent des vitesses de flash plus lentes.

Même si vous connaissez bien les modèles de flashs des lucioles dans votre région, vous devez être attentif aux imitateurs éventuels qui essaient de duper leurs camarades lucioles. Les femelles lucioles sont connues pour leur capacité à imiter les modèles de flash d’autres espèces, astuce qu’elles utilisent pour attirer de plus près les hommes sans méfiance afin qu’elles puissent marquer un repas facile. Pour ne pas être en reste, certaines lucioles mâles peuvent également copier les modèles de flash des autres espèces.

Luciférase dans la recherche biomédicale

La luciférase est une enzyme précieuse pour la recherche biomédicale, notamment en tant que marqueur de l'expression des gènes. Les chercheurs peuvent littéralement voir un gène en action ou la présence d'une bactérie lorsque la luciférase est étiquetée. La luciférase a été largement utilisée pour aider à identifier la contamination des aliments par des bactéries.

En raison de sa valeur en tant qu'outil de recherche, la luciférase est très demandée par les laboratoires et la récolte commerciale de lucioles vivantes a nui aux populations de lucioles dans certaines régions. Cependant, les scientifiques ont réussi à cloner le gène de la luciférase d’une espèce de luciole, Photinus pyralis, en 1985, permettant la production à grande échelle de luciférase synthétique.

Malheureusement, certaines sociétés chimiques extraient encore la luciférase des lucioles plutôt que de produire et de vendre la version synthétique. Cela a effectivement valu une prime aux têtes de lucioles dans certaines régions, où les gens sont encouragés à les collecter par milliers lors du pic de leur saison estivale.

En 2008, dans un seul comté du Tennessee, des personnes désireuses de tirer profit de la demande d'une entreprise concernant les lucioles capturées et gelées par environ 40 000 hommes. La modélisation informatique réalisée par une équipe de recherche suggère que ce niveau de récolte pourrait ne pas être durable pour une telle population de lucioles. Avec la disponibilité de la luciférase synthétique aujourd'hui, de telles récoltes de lucioles à des fins lucratives sont totalement inutiles.

Sources

  • Capinera, John L.Encyclopédie de l'entomologie. Springer, 2008.
  • "Montre Firefly."Musée des sciences, Boston.
  • "Comment et pourquoi les lucioles s'allument-elles?"Scientifique américain5 septembre 2005.
  • "Les lucioles s'allument pour attirer les compagnons, mais aussi pour empêcher les prédateurs."Association américaine pour l'avancement des sciences21 août 2018.
  • Lee, John. "Bioluminescence de base." Département de biochimie et de biologie moléculaire, Université de Géorgie.
  • "Effets de modélisation de la récolte sur la persistance de la population de lucioles"Modélisation écologique, 2013. 


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