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La biofluorescence est un mécanisme largement répandu chez de nombreuses espèces d’animaux marins et servant divers objectifs, aujourd’hui bien connu des biologistes marins. Cependant, jusqu’à maintenant, les requins étaient un cas à part. Certaines espèces sont capables de biofluorescence, mais le mécanisme à l’origine de celle-ci et ses finalités demeuraient incomprises des scientifiques. Récemment, des chercheurs sont parvenus à mettre en évidence le processus moléculaire à l’origine de cette biofluorescence et à en comprendre les objectifs. 

Dans les profondeurs de la mer, certaines espèces de requins génèrent une lueur verte brillante que seuls les autres requins peuvent voir — cependant, cette biofluorescence restait encore inexpliquée. Dans une étude publiée dans la revue iScience, des chercheurs ont identifié les causes de la teinte vert vif des requins : une famille de métabolites à petite molécule inconnue auparavant.

Non seulement ce mécanisme de biofluorescence est différent de celui de la plupart des créatures marines, mais il peut également jouer un rôle utile pour les requins, notamment en les aidant à s’identifier mutuellement dans l’océan et à lutter contre les infections microbiennes.

« L’étude de la biofluorescence dans l’océan est comme un roman policier en constante évolution, qui fournit de nouveaux indices à mesure que nous avançons dans la recherche » déclare David Gruber, professeur à la City University de New York. « Après avoir d’abord rapporté que les requins-houles étaient biofluorescents, mes collaborateurs et moi avons décidé d’étudier plus profondément ce sujet. Nous voulions en savoir plus sur ce que leur biofluorescence pourrait représenter pour eux ».

biofluorescence peau requins

Certaines espèces de requins sont capables de biofluorescence dans les profondeurs océaniques. Ces images montrent un requin-houle et sa peau (A, B, C) ainsi qu’une roussette maille et sa peau (D, E, F) en imagerie par fluorescence. Crédits : Hyun Bong Park et al. 2019

Une nouveau mécanisme moléculaire mis en évidence

Gruber, en collaboration avec Jason Crawford, professeur à l’Université de Yale, s’est concentré sur deux espèces de requins — le requin-houle (Cephaloscyllium ventriosum) et la roussette maille (Scyliorhinus retifer). Ils ont remarqué que la peau des requins avait deux teintes — clair et foncée — et extrait des substances chimiques des deux types de peau. Ils ont mis en évidence un type de molécule fluorescente qui n’était présente que dans la peau claire.

molecules biofluorescence

En étudiant la peau des requins capables de biofluorescence, les chercheurs ont mis en évidence des métabolites micro-moléculaires, dont certains (1-3,7,8) n’étaient présents que dans l’aspect clair de la peau. Crédits : Hyun Bong Park et al. 2019

« La partie intéressante de cette étude est la description d’une toute nouvelle forme de biofluorescence marine des requins — une forme basée sur des métabolites de tryptophane-kynurénine bromés » explique Gruber. On sait que ces types de métabolites à petites molécules sont fluorescents et activent des voies similaires à celles qui, chez d’autres vertébrés, jouent un rôle dans le système nerveux central et le système immunitaire.

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synthese metabolites

Voie de synthèse des métabolites à tryptophane-kynurénine bromés. Crédits : Hyun Bong Park et al. 2019

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Mais chez les requins, les nouvelles variantes fluorescentes à petite molécule expliquent les propriétés biophysiques et spectrales de leur peau plus claire. Ce mécanisme est différent de celui des animaux de la partie supérieure de l’océan, telles que les méduses, qui utilisent couramment des protéines fluorescentes vertes pour transformer la lumière bleue en d’autres couleurs.

Bioflurescence chez les requins : reconnaissance inter-espèce et propriétés antimicrobiennes

« C’est un système de vision des uns des autres très particulier, auquel les autres animaux ne peuvent pas nécessairement accéder. Ils ont une vision complètement différente du monde dans lequel ils se trouvent en raison des propriétés biofluorescentes que leur peau présente et que leurs yeux peuvent détecter. Imaginez si j’étais vert vif, que vous seulement pouviez me voir comme étant vert vif, mais que les autres ne pouvaient pas » déclare Crawford.

lumiere requins

La lueur verte bioflurescente des requins aurait deux fonctions principales : assurer un système de reconnaissance inter-espèce spécifique, et offrir une protection anti-microbienne. Crédits : Hyun Bong Park et al. 2019

Les molécules servent également à plusieurs autres fins, notamment pour aider les requins à s’identifier mutuellement dans l’océan et potentiellement assurer une protection contre les infections microbiennes. « Il est également intéressant de noter que ces molécules biofluorescentes présentent des propriétés antimicrobiennes. Cela pourrait donc expliquer une autre caractéristique étonnante de la peau de requin » indique Gruber.

Vidéo montrant la biofluorescence du requin-houle :

« Cette étude ouvre de nouvelles questions sur la fonction potentielle de la biofluorescence dans la signalisation du système nerveux central, la résilience aux infections microbiennes et la photoprotection ». Bien que l’étude se concentre sur deux espèces de requins, Gruber et Crawford espèrent explorer plus largement les propriétés luminescentes des animaux marins, ce qui peut déboucher à terme sur le développement de nouvelles techniques d’imagerie.

Des capacités prometteuses pour améliorer l’imagerie biomédicale

« Si vous pouvez exploiter les capacités lumineuses des animaux marins, vous pouvez générer des systèmes moléculaires pour l’imagerie en laboratoire ou en médecine. L’imagerie est un domaine biomédical extrêmement important que ces types de systèmes pourraient contribuer à propulser dans le futur » explique Crawford.

« Les requins sont des animaux merveilleux, qui existent depuis plus de 400 millions d’années. Ils fascinent sans cesse les humains, et ils sont porteurs de tant de mystères. Cette étude met en lumière un autre mystère des requins, et j’espère que cela nous incitera à en apprendre davantage sur leurs secrets et à travailler pour mieux les protéger » conclut Gruber.

Sources : iScience

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