La luciole orientale commune produit de la lumière par une réaction chimique qui dynamise une molécule afin qu'elle puisse libérer un photon.

Introduction

Peu de phénomènes naturels peuvent égaler la magie des lucioles qui clignotent dans les hautes herbes une nuit d'été.

Alors que le crépuscule tombe sur les prairies herbeuses et les lisières des forêts de l'est et du centre des États-Unis, les mâles de l'espèce Photinus pyralis virevoltent, allumant et éteignant des lanternes bioluminescentes dans leur abdomen. Au sol, les femelles clignotent en réponse, attirant les mâles pour un rendez-vous reproductif.

vignette vidéo

La stratégie

La fonction romantique du flash est connue depuis longtemps. Ce qui a été découvert plus récemment est une compréhension claire de la façon dont cela se produit. Les scientifiques ont suivi le trait jusqu'à un ensemble de cinq molécules situées dans des cellules productrices de lumière appelées photocytes qui tapissent la lanterne d'une luciole : luciférine, luciférase, adénosine triphosphate (ATP), oxyde nitrique (NO) et oxygène.

Les insectes n'ont pas de poumons comme les humains, mais transportent l'oxygène dans leur corps à travers des tubes appelés trachéoles. L'oxygène traverse les trachéoles et pénètre dans les photocytes, où il se lie aux mitochondries. Normalement, les mitochondries utiliseraient l'oxygène pour libérer de l'énergie pour les processus cellulaires réguliers. Mais quand il est temps de briller, les lucioles envoient de l'oxyde nitrique pour se lier aux mitochondries à la place, libérant l'oxygène pour alimenter le spectacle de lumière sur le point de commencer. L'oxygène pénètre dans une autre structure cellulaire, le peroxysome, et c'est là que le plaisir commence.

Photinus pyralis
Image: prêtre éponge / Flickr / CC BY SA - Attribution Creative Commons + Partage dans les mêmes conditions

Le bas-ventre d'une luciole orientale commune contient des cellules qui produisent des éclairs de lumière rapides. 

Luciferase
Image: Ramin Herati / Wikimedia Commons / Domaine public - Aucune restriction

Une molécule de luciférase contient des cubbyholes qu'elle utilise pour réunir deux autres molécules, créant un complexe qui, lorsqu'il est combiné avec de l'oxygène, est capable de produire un flash de lumière.

À l'intérieur du peroxysome, des réactions bioluminescentes se produisent à l'aide de la luciférase, une enzyme dotée de petits trous personnalisés (appelés «sites de liaison») pour la luciférine et l'ATP. La luciférine et l'ATP se glissent dans les sites de liaison, ce qui rapproche suffisamment les deux molécules l'une de l'autre pour qu'elles puissent se combiner pour former un complexe luciférine-ATP.

Une molécule de l'oxygène libéré se combine alors avec le complexe pour former l'oxyluciférine, une molécule « excitée » désireuse de libérer une bouffée d'énergie. Lorsqu'il le fait, il le libère sous la forme d'un photon - un paquet de lumière - créant la lueur jaune-vert caractéristique. Une autre enzyme, l'enzyme de régénération de la luciférine, transforme ensuite l'oxyluciférine en luciférine, prête à faire un autre flash.

Cette vidéo illustre la réaction chimique productrice de lumière qui se produit dans le corps d'une luciole.

Le potentiel

Étant donné que les lucioles produisent de la lumière sans excès de chaleur, imiter leurs méthodes peut aider à ouvrir la voie au développement de sources de lumière artificielle plus économes en énergie. Et le mécanisme d'utilisation de la présence d'une seule molécule (dans ce cas, l'oxygène) comme interrupteur peut inspirer de nouvelles façons d'alterner entre la lumière et l'obscurité sur des périodes de temps extrêmement courtes - un effet qui pourrait être utile dans les écrans d'affichage et autre électronique.

De plus, comme il a besoin d'ATP pour briller et que l'ATP se trouve dans les micro-organismes, la combinaison luciférine-luciférase a été utilisée pour détecter la présence de germes dans des boissons telles que le lait de soja et le thé.

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Dernière mise à jour le 29 mars 2022