Les animaux qui brillent dans le noir existent peut-être depuis 540 millions d’années
Les ancêtres des coraux dits « mous » pourraient avoir développé la bioluminescence dès les premiers jours de leur vie dans les profondeurs océaniques.
Un corail mou bioluminescent des profondeurs appelé Iridogorgia magnispiralis.
Bureau d’exploration et de recherche océaniques de la NOAA/Deepwater Wonders of Wake
Plus les humains ont exploré les profondeurs des océans, plus nous avons trouvé d’exemples d’animaux dotés d’un talent apparemment magique : la capacité de produire leur propre lumière, un exploit appelé bioluminescence.
Pour les scientifiques, la présence régulière de bioluminescence est logique. C’est étonnamment courant, divers mécanismes de bioluminescence ayant évolué peut-être environ 100 fois au cours de centaines de millions d’années. Et une nouvelle recherche publiée le 23 avril dans Actes de la Royal Society B traces bioluminescence dans l’arbre généalogique d’animaux étranges appelés octocoraux, un groupe qui comprend les « coraux mous », ce qui suggère que le phénomène a évolué dans la mer il y a environ 540 millions d’années, ce qui le rend plus de deux fois plus vieux qu’une estimation précédente.
Pour les animaux, en particulier ceux qui vivent dans des parties des océans plus profondes que ce que la lumière du soleil peut atteindre, la bioluminescence peut faire la différence entre la vie et la mort : par exemple, elle peut être utilisée comme outil pour attirer les proies et dissuader les prédateurs, entre autres utilisations. Les biologistes s’efforcent toujours de comprendre toute l’ampleur de ce phénomène. « Nous avons très peu exploré notre propre planète, et il pourrait y avoir tellement plus d’organismes là-bas qui utilisent la lumière d’une manière que nous n’avons même pas encore commencé à comprendre », déclare la biologiste marine Edith Widder, PDG et scientifique principale de l’Association à but non lucratif de recherche et de conservation océaniques. « C’est ce qui m’intrigue le plus dans la bioluminescence : comment les animaux l’utilisent pour survivre. »
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Un corail de bambou bioluminescent (un type de corail mou) appelé Isidelle qui a été collecté aux Bahamas.
Mais malgré son omniprésence aujourd’hui, la bioluminescence qui s’est produite dans le passé est remarquablement difficile à étudier car ce comportement laisse rarement une trace dans les fossiles, alors même que les fossiles existent. Les coraux mous, par exemple, ne forment pas le récifs massifs ressemblant à des roches auquel nous avons tendance à penser. Au lieu de cela, ils construisent des colonies en excrétant une structure molle incrustée de minuscules éclats de matériau ressemblant à un squelette. Ce mode de vie signifie que les coraux mous ne laissent derrière eux que les plus petits fossiles, un défi pour les scientifiques qui tentent de se pencher sur leur histoire.
Pourtant, Andrea Quattrini, zoologiste et conservatrice des coraux au Musée national d’histoire naturelle de Washington, DC, et ses collègues voulaient comprendre comment et quand la bioluminescence avait pu se développer chez les octocoraux. Quattrini a passé environ une décennie à tester des octocoraux vivants collectés dans l’océan pour déterminer s’ils pouvaient créer de la lumière en poussant les créatures avec une paire de pinces de laboratoire sous une couverture ou dans une pièce sombre.
Dans la nouvelle recherche, elle et ses collègues ont cartographié ces résultats dans un arbre évolutif qui montre comment les différents octocoraux modernes sont liés les uns aux autres, permettant aux scientifiques de rechercher des modèles dans lesquels les branches peuvent ou non créer de la lumière. En recherchant l’histoire évolutive la plus simple possible correspondant à ces observations, les chercheurs ont conclu que la bioluminescence n’a probablement évolué qu’une seule fois chez ces animaux. Ensuite, ils ont utilisé les fossiles rares que les scientifiques ont identifiés avec confiance comme appartenant à des types particuliers d’octocoraux pour ancrer l’arbre dans le temps. L’analyse suggère que la première évolution connue de la bioluminescence dans un environnement marin s’est produite il y a environ 540 millions d’années, soit beaucoup plus ancienne que les estimations précédentes d’il y a 267 millions d’années.
La nouvelle estimation tombe juste avant ou pendant un événement que les paléontologues ont surnommé le explosion cambrienne, lorsqu’un élan de diversification biologique s’est produit. C’est également à cette époque que les animaux ont quitté les océans peu profonds pour s’installer dans des profondeurs où la lumière du soleil ne pénètre pas. Ce calendrier de développement de la bioluminescence est logique, disent Quattrini et Widder, qui notent tous deux que capteurs de lumière rudimentaires également développé à cette époque. Dans ce contexte, la bioluminescence est devenue un outil de communication que les coraux peuvent utiliser pour confondre leurs proies ou surprendre les prédateurs loin, comme « une alarme antivol », dit Quattrini.
Un octocoral bioluminescent des grands fonds du genre Iridogorgie (gauche). Un corail de bambou kératoisididé bioluminescent trouvé dans les profondeurs de l’océan au large des côtes d’Hawaï (droite).
Bureau d’exploration et de recherche océaniques de la NOAA
« Je pense que notre étude souligne vraiment le fait qu’il s’agit de l’une des premières formes de communication dans les océans, peut-être même de l’une des premières formes de communication sur Terre », déclare Quattrini. « C’est une forme de communication fascinante qui est vraiment très simple à la base. »
Yuichi Oba, biologiste à l’université de Chubu au Japon, qui a étudié la bioluminescence mais n’a pas participé aux nouvelles recherches, est plus sceptique. Il aimerait que l’on soit plus prudent quant à la conclusion selon laquelle la bioluminescence chez les octocoraux ne s’est pas produite plusieurs fois de manière indépendante. Si tel était le cas, cela rendrait le phénomène plus récent que ne le suggère la nouvelle analyse – peut-être âgé de seulement 400 à 200 millions d’années. Quattrini dit que le mécanisme partagé de bioluminescence entre les octocoraux soutient l’idée d’une évolution unique.
Quattrini et ses collègues prévoient ensuite d’analyser le gène qui construit la protéine responsable de la bioluminescence chez les octocoraux, un type d’enzyme appelé luciférase. Le même gène apparaît chez les octocoraux bioluminescents et non bioluminescents, dit-elle, les chercheurs veulent donc comprendre comment certains animaux semblent avoir perdu la capacité de s’éclairer.
Et ce type de travail permet de brosser un meilleur tableau de ce à quoi pouvaient ressembler les écosystèmes de l’ancienne Terre, qui nous semblent si étrangers aujourd’hui. « Imaginez l’océan où les coraux émettent de la lumière et où les prédateurs carnivores ont de grands yeux dans l’eau de minuit », explique Oba. « La vie est merveilleuse. »
