Dans la nuit, une petite lumière jaune apparaît devant vos yeux et virevolte en clignotant : vous venez de rencontrer le mâle de la luciole. Au même moment, des vagues se brisent sur une plage, non loin de là, en s’illuminant d’un bleu électrique. Cette fois, ce sont des microalgues qui animent le spectacle. Voici deux exemples de « lumière vivante », qu’on appelle la « bioluminescence ».
Ce terme, dérivé du grec ancien « bíos », qui signifie « vie », et du latin « lumen », « lumière », désigne la capacité qu’ont certains organismes vivants à produire et émettre leur propre lumière. Bien que ce phénomène puisse sembler familier, il est souvent confondu avec d’autres, tels que la fluorescence, la phosphorescence ou l’iridescence, qui résultent d’une transformation de la lumière ayant éclairé un corps, vivant ou non. La bioluminescence, elle, peut se manifester dans l’obscurité la plus totale, puisqu’elle est produite sans source de lumière préexistante, grâce à une réaction chimique.
Dans certains milieux, la bioluminescence est la première, voire l’unique source de lumière. Elle s’impose alors comme un moyen de communication majeur, modulant un large panel de comportements sociaux, de défense, de prédation ou de reproduction. À cet effet, les organismes bioluminescents ont développé au fil de l’évolution des cellules et des organes de plus en plus spécialisés dans l’émission de lumière, ainsi que des mécanismes de contrôle de mieux en mieux adaptés.
Une lumière vivante
La bioluminescence est un cas particulier de chimiluminescence, processus par lequel des réactions chimiques (oxydatives essentiellement) libèrent l’énergie contenue dans certaines molécules sous forme de lumière. Dans le cas de la bioluminescence, la réaction chimique a lieu dans ou à partir d’un organisme vivant et implique obligatoirement des catalyseurs protéiques, c’est-à-dire des enzymes.
Ces enzymes, systématiquement appelées « luciférases », bien qu’elles puissent être structurellement différentes selon les organismes, rendent les réactions lumineuses énergétiquement très efficaces. Ainsi, des millions d’organismes sur Terre (dont certaines espèces de poissons ou de crevettes parmi les plus communes) ont développé de telles réactions biochimiques, et donc, la capacité de produire leur propre lumière.
La bioluminescence se distingue de la fluorescence et de la phosphorescence, deux types de photoluminescence qui consistent en l’absorption de l’énergie d’un photon, suivie de la réémission d’un autre photon de moindre énergie. Une partie de l’énergie est en effet dissipée sous forme de chaleur ou d’autres processus non radiatifs dus, par exemple, à des collisions avec d’autres molécules. La réémission fluorescente est ultra-rapide (de quelques pico- à quelques nanosecondes), tandis que la réémission phosphorescente est plus lente et peut durer de plusieurs secondes à plusieurs heures. Le terme de « phosphorescence » a souvent été employé par la communauté scientifique à la fin du XIXe siècle, comme synonyme de « bioluminescence ».
Cependant, il s’agit d’un phénomène purement structurel, que l’on observe seulement chez certains minéraux et systèmes photosynthétiques. Lorsque la fluorescence est observée au niveau de structures organiques (c’est très souvent le cas), on parle plus précisément de « fluorescence naturelle ». Cependant, la bioluminescence reste la seule véritable lumière « vivante » car elle ne peut pas se maintenir après la mort. Des motifs fluorescents peuvent en revanche persister sur un organisme longtemps après sa mort.