Avez-vous déjà lu l' Cool Frog Facts et Why Frogs Are Important ? Avant même que j'apprenne que les amphibiens peuvent aussi briller dans le noir, les grenouilles étaient déjà les étoiles brillantes de mon monde ! Ici, j'aimerais partager avec vous comment la biofluorescence répandue a été découverte chez les amphibiens, exactement ce que cela signifie, et comment cette capacité peut être utile à ces animaux, ainsi qu'à nous.
Dans l'image ci-dessus, la grenouille cornue de Cranwell ( Ceratophrys cranwelli ) brille en vert sous une lumière d'excitation. Photo de Jennifer Y. Lamb et Matthew P. Davis, de Salamandres et autres amphibiens illuminés par la biofluorescence .
Comment la biofluorescence a été découverte chez les amphibiens
Il était une fois (ou plus précisément en 2020), deux chercheurs basés à la St. Cloud State University, dans le Minnesota, qui se sont demandé si les amphibiens pouvaient généralement briller sous certains types de lumière. Le premier était le Dr Jennfier Lamb, un herpétologiste qui étudie le comportement, l'histoire de la 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 traits, tels que la bioluminescence, pour les aider à vivre dans l'obscurité. Au moment de leur découverte, la biofluorescence avait déjà été observée chez d'autres animaux, généralement aquatiques, mais peu d'explorations sur le sujet avaient été faites sur les amphibiens. Ainsi, lorsqu'ils ont décidé d' enquêter sur les points communs de la biofluorescence dans ce groupe , ils ont été consternés de découvrir à quel point elle était répandue ! Au début, ils se sont concentrés sur les salamandres adultes, mais alors qu'ils examinaient avec passion d'autres groupes et stades de vie des amphibiens, ils ont découvert qu'ils étaient tous biofluorescents !
Pour être clair, cela ne signifie pas que vous pourrez voir des grenouilles briller doucement au clair de lune en passant devant leur étang de reproduction tard dans la nuit, car vous avez besoin d'un éclairage et d'un équipement spéciaux pour observer le phénomène. Heureusement pour les amateurs de grenouilles et d'amphibiens du monde entier, Lamb et Davis avaient non seulement le bon équipement pour détecter la biofluorescence, mais ils avaient aussi l'idée et le savoir-faire pour la rechercher !
Différents modèles de biofluorescence observés à travers les salamandres. Image par Jennifer Y. Lamb et Matthew P. Davis, dans Les salamandres et autres amphibiens sont illuminés par la biofluorescence .
La biofluorescence est le re-rayonnement de la lumière à une longueur d'onde différente
La biofluorescence n'est pas la même chose que la bioluminescence, c'est-à-dire lorsque les organismes vivants produisent et émettent eux-mêmes de la lumière, soit par une sorte de réaction chimique interne, soit plus rarement, lorsque des symbiotes bactériens le font pour eux. Les poissons baudroie, les méduses, les lucioles et certains champignons sont peut-être quelques-unes des créatures dont vous avez entendu parler.
La biofluorescence se produit lorsque des organismes vivants absorbent des ondes de lumière haute , par exemple dans la gamme bleue ou ultraviolette, puis la renvoient à des longueurs d'onde plus basses , généralement dans les gammes de rouge, d'orange ou de vert. Pour mieux visualiser la différence, imaginez la lumière qu'un bâton lumineux émet lorsque vous le craquez pour déclencher une réaction chimique à l'intérieur (luminescence), par rapport à la lueur bleu-violet brillante qui irradie de votre t-shirt blanc lorsque vous dansez joyeusement sous une lumière ultraviolette (fluorescence).
Pour révéler les capacités biofluorescentes des amphibiens, Lamb et Davis ont fait briller des lampes de poche émettant de la lumière bleue et ultraviolette sur les animaux, tout en utilisant des filtres spéciaux pour bloquer tout sauf la lumière fluorescente émise par les animaux. En particulier sous la lumière bleue, tous les amphibiens qu'ils ont examinés ont émis divers motifs de lumière verte à jaune d'intensités différentes. Dans de nombreux cas, la lumière fluorescente provenait de points et de rayures brillants et audacieux qui nous étaient déjà visibles sous une lumière à spectre complet ; dans d'autres cas, les ventres brillaient alors que les dos restaient sombres; et dans d'autres cas encore, c'était principalement la région cloacale qui s'enflammait, comme pour attirer l'attention sexuelle d'un éventuel compagnon. Même les espèces qui semblaient ternes sous une lumière à spectre complet dégageaient une sorte de brillance fluorescente. Dans l'ensemble, le tissu ou la substance qui a donné lieu à une lueur sous une lumière d'excitation variait de la peau, aux os, aux sécrétions cutanées de type mucus, à l'urine.
En tant que tels, les mécanismes structurels ou chimiques à l'origine du phénomène restent inconnus, ce qui nécessite des recherches supplémentaires. Quoi qu'il en soit, la présence de biofluorescence dans le large éventail d'animaux qu'ils ont examinés suggère que le trait a évolué tôt dans l'ascendance des amphibiens modernes.
d'une salamandre tigrée ( Ambystoma tigrinum ) émettent une lueur verte sous une lumière bleue. Photo par Jennifer Y. Lamb et Matthew P. Davis de Salamandres et autres amphibiens sont illuminés par la biofluorescence .
Pourquoi la biofluorescence pourrait être importante pour les amphibiens
Lamb et Davis ont émis l'hypothèse que les traits biofluorescents qu'ils ont observés chez les amphibiens peuvent jouer un rôle clé dans la communication et la signalisation entre les espèces ou au sein des populations. Pour vérifier cela, il faut déterminer si les yeux des amphibiens ont développé ou non une sensibilité structurelle à leur propre biofluorescence et si les amphibiens sont déjà exposés aux types de lumière ambiante propices à ce phénomène dans leur environnement naturel. D'autres rôles que la biofluorescence pourrait jouer dans la vie quotidienne des amphibiens sont ceux de l'aposématisme (une coloration d'avertissement pour éloigner les prédateurs potentiels), du mimétisme ou encore du camouflage.
Le cloaque de la salamandre marbrée (Ambystoma opacum) peut briller vivement pour attirer l'attention d'un partenaire potentiel. Photo de Jennifer Y. Lamb et Matthew P. Davis, de la figure 1 dans Les salamandres et autres amphibiens sont illuminés par la biofluorescence .
Pourquoi la biofluorescence des amphibiens pourrait être importante pour les humains
Ainsi, les grenouilles et autres amphibiens sont devenus bien plus cool à mes yeux ! Comme Lamb et Davis l'ont souligné, leurs capacités de biofluorescence "éclairent d'un jour nouveau tout ce qu'il nous reste à apprendre sur ces fascinants vertébrés".
Déjà, les chercheurs savent que les grenouilles produisent des dizaines de sécrétions cutanées qui ont antibiotiques, analgésiques et autres d'un grand intérêt pharmaceutique, et peut-être que des centaines ou des milliers d'autres de ces substances attendent d'être découvertes. Récemment, les mousses de nids de grenouilles ont été suggérées comme agents naturels, stables et biocompatibles qui pourraient bien servir de systèmes d'administration de médicaments topiques doux pour les humains.
Désormais, les protéines biofluorescentes et d'autres sécrétions ou tissus d'amphibiens pourraient avoir le potentiel de créer une nouvelle histoire médicale. En 2008, le prix Nobel de la paix de chimie a été décerné à trois chercheurs qui ont découvert et développé une substance connue sous le nom de protéine fluorescente verte (GFP) , initialement isolée d'une méduse, et qui est maintenant largement utilisée comme marqueur fluorescent lors de recherches sur le fonctionnement cellulaire et systémique des organismes vivants.
Les grenouilles pourraient-elles produire ou posséder une substance biofluorescente qui pourrait faire progresser ces techniques de recherche médicale ? La recherche est déjà en cours pour différentes substances biofluorescentes dans les organismes aquatiques qui pourraient bien faire cela (regardez ce documentaire spécial NOVA/National Geographic Creatures of Light ). Seul le temps nous le dira. Mais il est néanmoins passionnant de considérer que si la lumière d'excitation s'avère utile pour détecter de petites espèces d'amphibiens secrètes dans leur environnement, la biofluorescence peut devenir un moyen peu coûteux pour les biologistes d'étudier et de surveiller la biodiversité de ces animaux, et donc un outil important pour critiquer- projets de conservation des amphibiens nécessaires dans le monde entier.
La lumière UV a été utilisée pour mener une étude sur le terrain des rainettes tropicales, y compris ces rainettes sud-américaines ( Boana punctata ). Crédit photo : Jorge Enrique García Melo, à Thompson, ME, Saporito, RA, Ruiz-Valderrama, DH, Medina Rangel, GF, Donnelly, MA (2019). Une enquête sur le terrain de la fluorescence chez les rainettes tropicales à l'aide d'une lampe de poche LED UV-B. Notes d'herpétologie. 12. 987-990