Coup de projecteur sur la lumière des lucioles

Les lucioles ont recours à de rapides flashs lumineux pour communiquer. Cette bioluminescence est un phénomène intriguant, dont les applications potentielles sont nombreuses, allant du dépistage des drogues au contrôle de la contamination de l’eau, en passant par des projets d’éclairage urbain via des végétaux fluorescents. Ces insectes émettent de la lumière lorsqu’un composé appelé luciférine se divise.

S’il est clair que cette réaction nécessite de l’oxygène, la façon dont les lucioles l’acheminent vers leurs cellules émettrices restait obscure. Or, grâce à des techniques d’imagerie novatrices, des chercheurs suisses et taïwanais viennent de découvrir comment ces coléoptères contrôlent la distribution d’oxygène pour allumer leurs cellules.

Leur étude est publiée dans Physical Review Letters.

L’organe émetteur de lumière, appelé «lanterne», se situe dans l’abdomen des lucioles. Il ressemble à une série de tubes devenant de plus en plus fins, à l’image des branches d’un arbre se terminant en brindilles. Ce réseau de tubes a pour fonction de fournir de l’oxygène aux cellules de la lanterne, qui renferment de la luciférase. Il s’agit d’un mécanisme complexe, qui a rendu toute étude approfondie très difficile, et par là même sa reproduction pour des utilisations dans la vie pratique.

Pour cartographier la manière dont l’oxygène est acheminé vers les cellules lumineuses, Giorgio Margaritondo de l’EPFL, Yeukuang Hwu de l’Academia Sinica et leurs collègues de l’Université nationale Tsing Hua de Taïwan ont utilisé deux techniques d’imagerie sophistiquées. Ces technologies – la microtomographie synchrotron à contraste de phase et la microscopie par transmission de rayons X – permettent en effet de scanner une cellule simple, et même de dévoiler ce qu’elle contient.

En travaillant sur des lucioles vivantes, les scientifiques ont, pour la première fois, pu observer la structure complète de la lanterne, et proposer une évaluation quantitative de la distribution d’oxygène.

L’imagerie a ainsi montré que les lucioles détournent l’oxygène d’autres fonctions cellulaires et l’utilisent pour diviser la luciférine. Plus précisément, la consommation d’oxygène diminue à l’intérieur de la cellule, ce qui réduit la production d’énergie et met l’accent sur l’émission lumineuse.

Grâce au recours à des techniques novatrices, cette étude est la première à lever le voile sur la structure complète de la lanterne. Elle démontre également clairement comment cet organe est conçu pour la production de lumière. Giorgio Margaritondo relève une autre innovation: «Les technologies employées ont un avantage sur les rayons x conventionnels, qui peinent à différencier les tissus mous. Notre approche, basée sur les variations d’intensité lumineuse (contraste de phase) plutôt que sur l’absorption de lumière (rayons x usuels), nous a permis d’offrir une imagerie haute résolution de la fragile lanterne des lucioles.»

Cette étude est le résultat d’une collaboration entre l’EPFL et divers instituts taïwanais de l’Academia Sinica, l’Université nationale Tsing Hua, l’Institut de recherche des espèces endémiques, l’Université nationale de Taïwan et l’Université Cheng Kung.