Avez-vous déjà lu l' article « Faits étonnants sur les grenouilles » « Pourquoi les grenouilles sont importantes » ? Avant même de savoir que les amphibiens peuvent aussi briller dans le noir, les grenouilles étaient déjà les vedettes de mon univers ! J'aimerais vous expliquer comment la biofluorescence a été découverte chez les amphibiens, ce que cela signifie précisément et comment cette capacité peut être utile à ces animaux, comme à nous.
Sur l'image ci-dessus, la grenouille cornue de Cranwell ( Ceratophrys cranwelli ) brille d'une fluorescence verte sous l'effet de la lumière d'excitation. Photo de Jennifer Y. Lamb et Matthew P. Davis, extraite de « Salamandres et autres amphibiens brillent de biofluorescence » .
Comment la biofluorescence a été découverte chez les amphibiens
Il était une fois (ou plus précisément en 2020) deux chercheurs de l'Université d'État de St. Cloud, dans le Minnesota, qui se demandaient si les amphibiens pouvaient être bioluminescents sous certains types de lumière. La première était la Dre Jennifer Lamb, herpétologue spécialisée dans l'étude du comportement, du cycle de vie et d'autres aspects biologiques des amphibiens et des reptiles. Le second était le Dr Matthew P. Davis, qui étudie les poissons des grands fonds et la façon dont ils ont développé des caractéristiques, comme la bioluminescence, pour survivre dans l'obscurité. À l'époque de leur découverte, la biofluorescence avait déjà été observée chez d'autres animaux, généralement aquatiques, mais peu de recherches avaient été menées sur le sujet chez les amphibiens. Aussi, lorsqu'ils décidèrent d' étudier la fréquence de la biofluorescence au sein de ce groupe , ils furent stupéfaits de constater à quel point elle était répandue ! Ils se concentrèrent d'abord sur les salamandres adultes, mais en examinant avec enthousiasme d'autres groupes et stades de vie d'amphibiens, ils découvrirent que tous étaient biofluorescents !
Pour être clair, cela ne signifie pas que vous pourrez observer des grenouilles briller doucement au clair de lune en passant devant leur mare de reproduction tard dans la nuit, car ce phénomène nécessite un éclairage et un équipement spécifiques. Heureusement pour les amoureux des grenouilles et des amphibiens du monde entier, Lamb et Davis possédaient non seulement le matériel adéquat pour détecter la biofluorescence, mais aussi l'idée et le savoir-faire nécessaires pour la repérer !
Diverses variations de biofluorescence observées chez les salamandres. Image de Jennifer Y. Lamb et Matthew P. Davis, extraite de « Salamandres et autres amphibiens resplendissent de biofluorescence »..
La biofluorescence est la réémission de lumière à une longueur d'onde différente
La biofluorescence est différente de la bioluminescence, qui est le phénomène par lequel les organismes vivants produisent et émettent de la lumière, soit par une réaction chimique interne, soit, plus rarement, grâce à des bactéries symbiotiques. Les baudroies, les méduses, les lucioles et certains champignons font partie des créatures qui possèdent ce phénomène.
La biofluorescence se produit lorsque des organismes vivants absorbent des ondes lumineuses de haute énergie , par exemple dans le domaine du bleu ou de l'ultraviolet, puis les réémettent à des longueurs d'onde plus courtes , généralement dans les gammes du rouge, de l'orange ou du vert. Pour mieux visualiser la différence, imaginez la lumière émise par un bâton lumineux lorsqu'on le casse pour déclencher une réaction chimique à l'intérieur (luminescence), comparée à la lueur bleu-violet intense qui émane de votre t-shirt blanc lorsque vous dansez joyeusement sous une lumière ultraviolette (fluorescence).
Pour révéler les capacités de biofluorescence des amphibiens, Lamb et Davis ont éclairé ces animaux avec des lampes torches émettant une lumière bleue et ultraviolette, tout en utilisant des filtres spéciaux pour ne retenir que la lumière fluorescente qu'ils émettaient. Sous lumière bleue en particulier, tous les amphibiens examinés ont émis divers motifs de lumière verte à jaune d'intensités variables. Dans de nombreux cas, la fluorescence provenait de taches et de rayures brillantes et bien définies, déjà visibles sous un éclairage à spectre complet ; dans d'autres cas, le ventre brillait intensément tandis que le dos restait sombre ; et dans d'autres cas encore, c'était principalement la région cloacale qui s'illuminait, comme pour attirer l'attention d'un partenaire potentiel. Même les espèces paraissant ternes sous un éclairage à spectre complet émettaient une certaine fluorescence. En général, le tissu ou la substance responsable de cette luminescence sous l'effet de la lumière d'excitation variait : peau, os, sécrétions cutanées muqueuses, urine, etc.
De ce fait, les mécanismes structuraux ou chimiques à l'origine de ce phénomène restent inconnus, ce qui justifie la poursuite des recherches. Quoi qu'il en soit, la présence de biofluorescence chez le grand nombre d'animaux étudiés suggère que ce caractère est apparu très tôt chez les ancêtres des amphibiens actuels.
d'une salamandre tigrée de l'Est ( Ambystoma tigrinum ) émettent une lueur verte sous une lumière bleue. Photo de Jennifer Y. Lamb et Matthew P. Davis extraite de « Salamandres et autres amphibiens brillent de biofluorescence » .
Pourquoi la biofluorescence pourrait être importante pour les amphibiens
Lamb et Davis ont émis l'hypothèse que les caractéristiques de biofluorescence qu'ils ont observées chez les amphibiens pourraient jouer un rôle clé dans la communication et la signalisation entre espèces ou au sein des populations. Pour le vérifier, il est nécessaire de déterminer si les yeux des amphibiens ont développé une sensibilité structurelle à leur propre biofluorescence et si ces animaux sont exposés, dans leur milieu naturel, à des types de lumière ambiante propices à ce phénomène. La biofluorescence pourrait également jouer d'autres rôles dans la vie quotidienne des amphibiens, tels que l'aposématisme (une coloration d'avertissement pour dissuader les prédateurs potentiels), le mimétisme ou encore le camouflage.
Le cloaque de la salamandre marbrée (Ambystoma opacum) pourrait émettre une forte fluorescence pour attirer l'attention d'un partenaire potentiel. Photo de Jennifer Y. Lamb et Matthew P. Davis, extraite de la figure 1 de l'article « Salamandres et autres amphibiens bioluminescents » .
Pourquoi la biofluorescence des amphibiens pourrait être importante pour les humains
Du coup, les grenouilles et autres amphibiens sont devenus bien plus fascinants à mes yeux ! Comme l’ont souligné Lamb et Davis, leurs capacités de biofluorescence « mettent en lumière tout ce qu’il nous reste à apprendre sur ces vertébrés fascinants ».
Les chercheurs savent déjà que les grenouilles produisent des dizaines de sécrétions cutanées aux propriétés antibiotiques, analgésiques et , présentant un grand intérêt pharmaceutique, et il est possible que des centaines, voire des milliers, d'autres substances de ce type restent à découvrir. Récemment, la mousse des nids de grenouilles a été proposée comme agent naturel, stable et biocompatible pouvant servir de système d'administration topique doux pour les médicaments chez l'humain.
Les protéines biofluorescentes et autres sécrétions ou tissus d'amphibiens pourraient bien marquer l'histoire de la médecine. En 2008, le prix Nobel de chimie a été décerné à trois chercheurs ayant découvert et développé la protéine fluorescente verte (GFP) , initialement isolée d'une méduse et aujourd'hui largement utilisée comme marqueur fluorescent dans l'étude du fonctionnement cellulaire et systémique des organismes vivants.
Les grenouilles pourraient-elles produire ou posséder une substance biofluorescente susceptible de faire progresser les techniques de recherche médicale ? La recherche de différentes substances biofluorescentes chez les organismes aquatiques est déjà en cours (voir le documentaire spécial de NOVA/National Geographic, « Créatures de lumière » ). L'avenir nous le dira. Il est néanmoins passionnant d'imaginer que si la lumière d'excitation s'avère utile pour détecter les petites espèces d'amphibiens discrètes dans leur environnement, la biofluorescence pourrait devenir un moyen peu coûteux pour les biologistes d'étudier et de suivre la biodiversité de ces animaux, et ainsi un outil important pour les projets de conservation des amphibiens, absolument indispensables, à travers le monde.
Une étude de terrain sur les rainettes tropicales, notamment la rainette sud-américaine ( Boana punctata ), a été réalisée à l'aide d'une lampe UV. Crédit photo : Jorge Enrique García Melo, dans Thompson, ME, Saporito, RA, Ruiz-Valderrama, DH, Medina Rangel, GF, Donnelly, MA (2019). Étude de terrain de la fluorescence chez les rainettes tropicales à l'aide d'une lampe torche LED UV-B. Herpetology Notes. 12. 987-990