Comment les lucioles produisent-elles de la lumière?

Le crépuscule vacille lucioles confirme que l'été est arrivé. Enfant, vous avez peut-être capturé ces soi-disant punaises de la foudre dans vos mains en coupe et jeté un coup d'œil entre vos doigts pour les regarder briller, en vous demandant comment ces lucioles fascinantes produire de la lumière.

Lucioles créer de la lumière d'une manière similaire au fonctionnement d'un bâton lumineux. La lumière résulte d'une réaction chimique, ou chimioluminescence. Lorsqu'une réaction chimique produisant de la lumière se produit dans un organisme vivant, les scientifiques appellent cette propriété la bioluminescence. Plus organismes bioluminescents vivent dans des environnements marins, mais les lucioles font partie des créatures terrestres capables de produire de la lumière.

Si vous regardez attentivement une luciole adulte, vous verrez que les deux ou trois derniers segments abdominaux semblent différents des autres. Ces segments comprennent l'organe producteur de lumière, une structure efficace qui produit de la lumière sans perdre d'énergie thermique. Si vous avez déjà touché une ampoule à incandescence après quelques minutes, vous savez qu'elle est chaude. Si l'organe lumineux de la luciole émettait une chaleur comparable, l'insecte rencontrerait une extrémité croustillante.

Chez les lucioles, la réaction chimique qui les fait briller dépend d'une enzyme appelée luciférase. Ne vous laissez pas induire en erreur par son nom; cette enzyme n'est pas l'œuvre du diable. Lucifer vient du latin lucis, c'est-à-dire la lumière, et ferre, ce qui signifie porter. Luciferase est littéralement l'enzyme qui apporte la lumière.

La bioluminescence des lucioles nécessite la présence de calcium, d'adénosine triphosphate, de luciférane chimique et d'enzyme luciférase dans l'organe lumineux. Lorsque l'oxygène est introduit dans cette combinaison d'ingrédients chimiques, il déclenche une réaction qui produit de la lumière.

Les scientifiques ont récemment découvert que l'oxyde nitrique joue un rôle clé en permettant à l'oxygène de pénétrer dans l'organe lumineux de la luciole et d'amorcer la réaction. En l'absence d'oxyde nitrique, les molécules d'oxygène se lient aux mitochondries à la surface des cellules des organes légers et ne peuvent pas pénétrer dans l'organe pour déclencher la réaction. Aucune lumière ne peut donc être produite. Lorsqu'il est présent, l'oxyde nitrique se lie à la place aux mitochondries, permettant à l'oxygène de pénétrer dans l'organe, se combine avec les autres produits chimiques et génère de la lumière.

En plus d'être des marqueurs d'espèces pour l'attraction des partenaires, la bioluminescence est également un signal pour les prédateurs des lucioles, tels que les chauves-souris, qu'ils vont avoir un goût amer. Dans une étude publiée dans le numéro d'août 2018 de la revue Avancées scientifiques, les chercheurs ont découvert que les chauves-souris mangeaient moins de lucioles lorsque les lucioles brillaient.

Les lucioles productrices de lumière clignotent dans un motif et une couleur uniques à leur espèce, et ces motifs de flash peuvent être utilisés pour les identifier. Apprendre à reconnaître les espèces de lucioles dans votre région nécessite de connaître la longueur, le nombre et le rythme de leurs éclairs, l'intervalle de le temps entre leurs éclairs, la couleur de la lumière qu'ils produisent, leurs modèles de vol préférés et l'heure de la nuit où ils clignotent généralement.

Le taux d'éclair d'une luciole est contrôlé par la libération d'ATP pendant la réaction chimique. La couleur (ou fréquence) de la lumière produite est probablement influencée par pH. Le taux de flash d'une luciole variera également avec la température. Des températures plus basses entraînent des vitesses de flash plus lentes.

Même si vous connaissez bien les modèles de flash pour les lucioles dans votre région, vous devez être conscient des imitateurs possibles qui tentent de tromper leurs collègues lucioles. Les femelles lucioles sont connues pour leur capacité à imiter les modèles flash d'autres espèces, une astuce qu'ils utilisent pour attirer les hommes sans méfiance de plus près afin qu'ils puissent marquer un repas facile. Pour ne pas être en reste, certaines lucioles mâles peuvent également copier les modèles de flash d'autres espèces.

La luciférase est une enzyme précieuse pour la recherche biomédicale, en particulier comme marqueur de l'expression des gènes. Les chercheurs peuvent littéralement voir un gène au travail ou la présence d'une bactérie lorsque la luciférase est étiquetée. La luciférase a été largement utilisée pour aider à identifier la contamination des aliments par les bactéries.

En raison de sa valeur en tant qu'outil de recherche, la luciférase est très demandée par les laboratoires, et la récolte commerciale de lucioles vivantes a affecté négativement les populations de lucioles dans certaines régions. Cependant, les scientifiques ont réussi à cloner le gène de la luciférase d'une espèce de luciole, Photinus pyralis, en 1985, permettant la production à grande échelle de luciférase synthétique.

Malheureusement, certaines sociétés chimiques extraient encore la luciférase des lucioles plutôt que de produire et de vendre la version synthétique. Cela a effectivement mis une prime sur les têtes de lucioles dans certaines régions, où les gens sont encouragés à les collecter par milliers pendant le pic de leur saison des amours d'été.

Dans un seul comté du Tennessee en 2008, des personnes désireuses de tirer profit de la demande d'une entreprise en lucioles ont capturé et congelé environ 40 000 hommes. La modélisation informatique par une équipe de recherche suggère que ce niveau de récolte pourrait ne pas être durable pour une telle population de lucioles. Avec la disponibilité de la luciférase synthétique aujourd'hui, de telles récoltes de lucioles à but lucratif sont totalement inutiles.

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