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Fonctionnement de la fluorescence des coraux

Dossier - L'incroyable fluorescence des coraux
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La fluorescence des coraux est un phénomène étrange et mystérieux. Ces organismes marins peuvent en effet prendre des couleurs bien surprenantes pour le plus grand plaisir de nos yeux. Découvrez toute la beauté de la fluorescence des coraux au travers de somptueuses images.

  
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La fluorescence des coraux est un phénomène merveilleux à observer mais à quoi est-il dû exactement ? Nous vous expliquons ici comment fonctionne la fluorescence des coraux et quelles ont été les avancées majeures dans ce domaine.

La fluorescence est un processus par lequel une source de lumière de haute fréquence (appelée lumière d'excitation) est absorbée par une molécule, suivi d'une émission lumineuse de moindre énergie (appelée lumière d'émission).

Le phénomène est dû au fait qu'une partie de l'énergie est dissipée sous forme de chaleur. Une fois l'énergie lumineuse absorbée, les électrons qui composent la molécule sont alors dans un état d'excitation. Le retour à l'état fondamental s'accompagne de l'émission de lumière. Ces molécules fluorescentes possèdent des spectres d'absorption et d'émission qui leur sont propres.

Entacmea quadricolor est une anémone fluorescente abritant souvent le fameux poisson clown. © Guillaume Holzer - Coral Guardian - Tous droits réservés - Reproduction interdite

Spectre d'émission et spectre d'excitation

Le spectre d'émission est une mesure de l'énergie émise en fonction de la longueur d'onde. Il est généralement présenté sous forme de graphique. Le spectre aura un maxima mais peut aussi avoir des pics secondaires, appelés « épaules ». Certains spectres d'émission couvrent une large gamme de longueurs d'onde, tandis que d'autres sont assez pointus. Le spectre d'émission peut être mesuré avec un spectromètre de base comme les unités d'Ocean Optics.

Le spectre d'excitation est une mesure de la capacité relative de différentes longueurs d'onde de la lumière pour stimuler (exciter) la fluorescence. Comme le spectre d'émission, le spectre d'excitation aura un maxima mais peut aussi avoir des pics secondaires. Contrairement au spectre d'émission, le spectre d'excitation est difficile à mesurer sans instruments spécialisés et coûteux.

Histoire de la fluorescence

La description des éléments colorés verts et rouges au sein des invertébrés remonte à la deuxième moitié du XIXe siècle (Gosse 1860 et Andres 1881, 1883). En 1927 Phillips décrit qu'une anémone de mer issue d'une mare intertidale en Grande-Bretagne émettait une fluorescence verte lorsqu'elle était soumise à un éclairage ultraviolet.

Le scientifique japonais Siro Kawaguti découvrit en 1944 des pigments fluorescents verts dans un corail dur de Palao (Kawaguti 1944), et la fluorescence rouge des invertébrés fit irruption dans la littérature dès 1956 avec les observations de Marden en mer Rouge (Marden et al. 1956).

Stichodactyla haddoni B. est une grande anémone pouvant atteindre une taille de plus de 70 cm de largeur. © Martin Colognoli - Coral Guardian -Tous droits réservés - Reproduction interdite

La découverte d'Osamu Shimomura

Osamu Shimomura découvrit en 1962 que l'hydroméduse Æquorea victoria ne rayonnait pas directement la lumière produite mais qu'une protéine particulière produisait la fluorescence verte. On la désigna sous le nom de Protéine Fluorescente Verte (GFP pour Green Fluorescent Protein), à découvrir en page 3 de ce dossier.

Dans les années qui suivirent de multiples phénomènes fluorescents furent décrits chez les animaux marins, principalement chez les coraux durs (Catala-Stucki, 1964). Bien que de nombreux organismes possèdent des protéines semblables à la GFP (« GFP-like », en anglais), il est classiquement admis que la GFP proprement dite, caractérisée par des pics d'excitation à 395 et 475 nm, est issue de Æquorea victoria. Son pic d'émission se situe à 509 nm, correspondant à la lumière verte fluorescente facilement reconnaissable.