Des lumières dans la mer

Résumé : L'Océan ? Une immensité, une richesse et une des clés du fonctionnement de la vie sur notre planète. Et pourtant les mystères en sont encore nombreux ! Dans ce monde océanique très partiellement connu, vivent dans les profondeurs des êtres vivants bioluminescents. L’obscurité des fonds marins est un défi à la survie et pourtant certains êtres y sont particulièrement bien adaptés. La ligne latérale, la bioluminescence, etc., si indispensables dans le milieu aquatique, n’ont pu apparaître par hasard.

Le Poisson est un Vertébré dont l’architecture est conçue pour la vie aquatique. Il se déplace grâce aux muscles puissants de ses flancs et de sa queue, par une série d’ondulations qui font décrire à son corps une courbe serpentiforme appelée sinusoïde. Ce mode de propulsion permet d’atteindre chez les virtuoses vivant en pleine mer, où l’espace est pratiquement illimité, des vitesses appréciables : le Saumon se déplace à 40 km/h, le Poisson-Volant atteint 56 km/h et l’Espadon dépasse 60 km/h. Mais tous les Poissons ne sont pas aussi bons nageurs. Les Poissons côtiers et ceux des eaux intérieures ne sont pas très rapides, et beaucoup de Poissons des profondeurs, à cause des conditions qui y règnent^[1], sont encore plus lents.

Certains, au lieu de nager, rampent ou marchent sur le fond en s’aidant de leurs nageoires, qui ont une conformation spéciale.

Les déplacements dans les profondeurs de l’océan se font dans la plus profonde obscurité. Comment les poissons font-ils pour se diriger et repérer congénères ou prédateurs ?

Se déplacer dans les eaux obscures

L’étude de la structure histologique de l’œil a révélé que la rétine des Poissons était souvent dépourvue de cônes, c’est-à-dire des terminaisons nerveuses capables de percevoir les couleurs. Les Poissons^[2], du moins ceux des grands fonds, vivent donc dans un monde très limité, gris, de contraste plutôt que de couleurs et peuplé de mouvements plus que de formes.

Leurs yeux sont souvent grands et ne font défaut qu’à quelques Poissons habitant les abysses, les puits ou les cavernes. Étant donné qu’ils occupent habituellement une position latérale et sont très peu mobiles — comme la tête qui les porte —, les Poissons n’ont qu’un angle très réduit de vision binoculaire^[3]. En revanche, comme leurs yeux sont exorbités et indépendants l’un de l’autre, la vision latérale couvre pratiquement 360 degrés^[4] : ce champ de vision permet de repérer toute ombre suspecte à condition de n’être pas dans les abysses où l’obscurité est totale. Le cristallin, généralement sphérique, n’est pas modifiable, et l’accommodation pour la vision à distance se fait par un changement de sa position^[5]. La forte convexité du cristallin indique que ces yeux sont faits pour la vision rapprochée, la seule, d’ailleurs, qui soit possible dans l’eau.

Le fait que de nombreux Poissons des abysses ont des yeux énormes indique qu’ils sont sensibles à la rare et sporadique bioluminescence que l’on rencontre dans les grandes profondeurs marines.

Pour remédier aux insuffisances de la vision dans le milieu aqueux, les poissons possèdent un sens de l’odorat développé et une très bonne audition^[6]. Le premier est illustré par le fait que certains requins peuvent détecter une goutte de sang de poisson dans 400 000 litres d’eau. La seconde est composée du système acoustico-latéral comportant deux dispositifs complémentaires : un récepteur de pression, la ligne latérale, qui perçoit toutes les vibrations transmises par l’eau ; et deux oreilles internes pour s’équilibrer et réceptionner une partie des vibrations présentes dans l’eau. Des dispositifs bioluminescents s’avèrent aussi nécessaire pour se reconnaître, se défendre, se camoufler, attraper des proies...

L’oreille interne

Les sons se transmettent partout sous forme de vibrations. La propagation de ces ondes est cinq fois plus rapide dans l’eau que dans l’air (1 500 m/s). De fait, l’audition est la première fonction sensorielle des poissons. C’est elle qui fournit le plus d’informations sur l’environnement.

L’oreille interne possède des cavités assez complexes emplies d’un liquide épais (l’endolymphe) dans lequel flottent des otolithes, des concrétions calcaires de quelques millimètres à quelques centimètres. Les otolithes^[7], au nombre de 6, sont réparties en trois paires de chaque côté du crâne. En mouvement sous l’effet de la pesanteur et des vibrations perçues, elles renseignent en continu le poisson sur son environnement et sa position dans l’espace.

La ligne latérale, ou linea lateralis

La ligne latérale est un organe sensoriel situé le long des flancs des poissons et d'amphibiens, qui permet de percevoir le mouvement et les vibrations de l'eau, afin de s'orienter (même dans l'obscurité) et de détecter proies et prédateurs. Puisque l’eau est très dense et presque incompressible, les ondes de pression y voyagent très bien et très rapidement. La ligne latérale détecte et interprète ces ondes et permet au poisson d’être averti, même par des vibrations à très basses fréquences, comme celles produites par le battement d’une queue ou le mouvement d’un congénère à proximité. Pour qu'elle fonctionne, le poisson, l’objet détecté, ou les deux, doivent être en mouvement. Elle peut être très précise et peut détecter des objets relativement petits, principalement à courte distance.

Elle est particulièrement importante dans les eaux troubles ou profondes, où l’obscurité est forte, mais est utilisée aussi par les poissons de banc pour se protéger des prédateurs : les poissons forment alors un énorme essaim (banc de poissons) qui se comporte comme un gros poisson vu de loin. Ils peuvent faire corps puisque les plus petites différences de pression sont ressenties : chaque petit changement de mouvement du poisson conduisant au mouvement similaire des voisins.

La perception des organes latéraux est également connue comme un sens du toucher à distance, une forme de « thigmotactisme » externe. Les stimuli adéquats sont des ondes de pression.

Les ondes, créées par le mouvement de l’individu lui-même, vont être aussi captées après avoir « rebondi » sur les obstacles éventuels qui l’environnent. La ligne latérale remplit alors le rôle d’un sonar. L’information nerveuse va être décodée par le cerveau et déterminera la direction, la forme et la distance de l’objet ainsi que le paysage sous-marin qui l’entoure.

La ligne latérale est constituée d’un ensemble de canaux emplis de mucus^[8] et ouvert sur le milieu extérieur grâce à une rangée de pores s'étendant sur les deux flancs du corps, mais aussi sur la tête, chaque espèce ayant sa particularité. Dans ce canal, des cellules sensorielles réceptrices, les neuromastes, vont informer en continu le poisson sur les ondes qui l’entourent. Ils sont groupés en grappes et entourés d'une membrane protectrice, la cupule. La position des pores permet de calculer avec précision la position spatiale de l’objet ayant entraîné la modification de pression^[9]. Il y a deux types de neuromastes, chacun pouvant percevoir des fréquences différentes : ceux qui se trouvent dans les canaux sont plus sensibles aux fréquences élevées (20-30 à 100 Hz), alors que les neuromastes libres à la surface de la peau détectent des fréquences plus basses allant de 2-5 à 10-15 Hz.

Des neuromastes supplémentaires peuvent apparaître à plusieurs endroits sur la surface du corps, le développement du système de ligne latérale dépendant du mode de vie du poisson. Par exemple, les poissons qui sont des nageurs actifs ont tendance à avoir plus de neuromastes dans les canaux, et la ligne latérale sera située plus loin des nageoires pectorales, sans doute pour réduire la quantité de « bruit » généré par le mouvement de celles-ci.

Le sens du toucher n’est cependant pas absent. Les Poissons sont sensibles aux excitations tactiles directes et, certains d’entre eux (Grondin), se servent de leurs barbillons et des rayons de leurs nageoires, riches en terminaisons nerveuses, pour explorer le fond ou les objets qu’ils rencontrent.

La bioluminescence

Comme la ligne latérale est un système sensitif efficace à courte distance seulement, le sens de la vue n'est pas facultatif.

Si la lumière ne parvient pas jusque dans les abysses, de nombreuses créatures ont appris à produire la leur. C'est ce qu'on appelle la bioluminescence. Elle tempère l’obscurité ambiante. Chez beaucoup d’organismes bioluminescents, la lumière est émise de façon discontinue, sous forme de flashs de 80 ms à 500 ms, déclenchés par un stimulus mécanique ou électrique. Leur intensité, leur durée et leur fréquence varient en fonction des taxons.

Les profondeurs des abysses^[10] sont le théâtre d’étranges et magnifiques ballets lumineux qu’il a été donné à très peu d’hommes de pouvoir contempler. À 500 m de profondeur, 70 % des espèces de poissons utilisent la bioluminescence et plus de 90 % pour ce qui est du nombre d'individus ; à partir de 4 000 m sous la surface, près de 75 % des espèces sont capables de produire de la lumière. Les cnidaires par exemple (coraux, méduses, anémones de mer…) seraient à 97 % bioluminescents.

Voici en quels termes enthousiastes, l’explorateur sous-marin américain William Beebe relate l’une de ses plongées, effectuée en 1930 au large des Bermudes :

« À 670 mètres, les lumières étaient si abondantes qu’on en perdait la tête. L’eau, noire comme du jais, se remplit d’étincelles, d’éclairs et de grandes lampes constamment allumées. De multiples couleurs composaient indéfiniment des dessins qui se renouvelaient sans cesse.

Elles offraient des images d’une telle beauté qu’elles nous rendaient muets de saisissement. Chaque fois qu’au milieu de cette féerie de lumières, de ces inexplicables salves lumineuses et de visions beaucoup trop fugitives d’êtres étranges, je voulais observer l’une ou l’autre de plus près, j’en étais détourné par une comète animale surgissant brusquement, ou une constellation vivante lançant des éclairs à mes côtés.»

La bioluminescence résulte de la chimioluminescence : une molécule, la luciférine^[11] est oxydée, grâce à la présence d’oxygène, par une enzyme, la luciférase. L’oxygène utilisé est celui de la circulation sanguine ou dans certains cas celui de l’eau. L’énergie produite par la réaction est relarguée sous forme de photons donnant une lumière souvent bleue. 80 à 90 % de l'énergie est libérée sous forme de lumière ; la production de chaleur est minimale : le processus génère une « lumière froide ».

Divers organes lumineux ont été identifiés chez les Eucaryotes bioluminescents : les scintillons (Dinoflagellés), les photocytes (Cnidaires, Cténophores et Appendiculaires), ou encore les cellules sécrétrices (Ostracodes).

Les photocytes peuvent être répartis dans l’organisme, ou bien regroupés dans des organes lumineux appelés photophores. Chez les Dinoflagellés, les scintillons sont des vésicules corticales. Ces organelles se détachent du cytoplasme vers la vacuole dans laquelle ils déversent leur luciférine et la luciférase, entraînant une réaction émettant la bioluminescence.

Chez certains organismes, comme la méduse Æquorea victoria, les photons produits n’ont pas le temps de « quitter » l’organisme car ils sont immédiatement absorbés par une autre molécule : une protéine fluorescente verte (Green Fluorescent Protein, aussi connue sous l’acronyme GFP).

Après cette absorption d'énergie, la molécule fluorescente se retrouve dans un état excité et émet un photon qui, cette fois, quitte l’organisme. Ce photon émis sera d’une énergie plus faible que celui reçu : la lumière produite sera alors verte.

D'autres organismes hébergent dans leur corps des bactéries luminescentes symbiotiques. Cette coexistence est bénéfique pour les deux parties : les bactéries sont protégées et à l'abri dans le poisson, et les poissons peuvent bénéficier de leur éclairage. Les bactéries produisent de la lumière par transformation chimique lorsqu’elles consomment les liquides corporels de leur hôte qui leur apporte les nutriments qu’elles ne peuvent fabriquer.

Les symbiontes des Poissons phares^[12] (famille des Anomalopidae) et des Poissons-pêcheurs (sous-ordre Ceratiodei) appartenant aux genres Enterovibrio et Photodesmus semblent dépendre obligatoirement de leurs hôtes pour leur croissance, car leur génome est réduit de moitié par rapport aux espèces bactériennes bioluminescentes retrouvées dans l’eau, qui ont un opéron Lux dans leur génome. Ils n’ont pas certaines voies métaboliques essentielles, telles que celles permettant la production d’acides aminés.

Attraction des proies des poissons pêcheurs

Des poissons-pêcheurs, de l’ordre des Lophiiformes, ont développé plusieurs types d’appâts pour compenser leur nage médiocre.

Chez Melanocetus johnsonii la première épine de la nageoire dorsale, appelée illicium ou « tige », est surmontée de l’esca [en lat. « nourriture »] ou « leurre », leur permettant d’attirer des proies. Le fanal est avant tout un appât destiné à la pêche. La Baudroie abyssale grâce à cette ampoule brillante au-dessus de sa bouche énorme a tôt fait d’engloutir entre ses gigantesques mâchoires les petits Poissons attirés par cette source lumineuse.

Chez Himantolophus, l’appât est balancé régulièrement et doté d'une série d'appendices mis en mouvement par les battements du pédoncule. Chez d'autres, le leurre, prenant la forme d'un petit crustacé, est implanté sur leur palais. Le poisson garde sa gueule ouverte en attendant qu'une proie s'approche du leurre.

Les poissons-pêcheurs du genre Gigantactis nagent, eux, à l’envers en laissant dériver juste au-dessus du fond marin leur illicium bioluminescent extraordinairement long comme une ligne de pêche. Compte tenu de la forme de leur museau et de ce leurre,, ils semblent cibler les espèces benthiques^[13].

Camouflage en pleine lumière

Vivant entre 300 et 1 000 m sous la surface de l’eau, les myctophidés ou poissons lanternes ont besoin de duper leurs prédateurs afin de survivre. Au moins 250 espèces différentes ont été recensées à partir du nombre et de la composition des signaux lumineux. Ils ont, en effet, pour se protéger, un système de photophores ventraux propres à chaque espèce.

Les photophores, organes lumineux cutanés situés en général sur la couche superficielle de la peau, sont semblables à des diodes lumineuses ultra-basse consommation. Ils facilitent la distinction des espèces de la famille. Par exemple, Krefftichthys anderssoni en possède 32 de chaque côté, soit 64 au total. Dans l’obscurité des océans, il faut en effet pouvoir identifier ses congénères et ses ennemis si l’audition et l’odorat ne le permettent pas, car une mauvaise rencontre peut être fatale.

Ces photophores, situés le long des flancs tels des feux de position, stockent des cellules spécialisées dans la production et l’émission de lumière, appelées photocytes. Ces cellules peuvent être isolées, ou bien être toutes regroupées dans un seul organe. Les photophores peuvent se situer à des endroits multiples, tel que l'abdomen, avant l'anus, sur la nageoire caudale, autour de l'œil, etc.

Les nombreuses terminaisons nerveuses présentes sur la peau doivent sans doute en réguler l’intensité, car un objectif est le camouflage.

Dans l'entre deux eaux, la zone mésopélagique (entre 200 m et 1 000 m en moyenne), les poissons sont visibles à cause du crépuscule abyssal constitué uniquement de la longueur d'onde bleue. Ils doivent donc dissimuler leur silhouette, au risque d'être repérés par leurs prédateurs, phénomène appelé contre-illumination.

Les photophores des myctophidés étant essentiellement ventraux, un prédateur qui se déplace plus en profondeur ne verra pas sa proie se détacher du milieu ambiant par manque de contraste, puisque la lumière – si faible soit elle – vient de la surface. Et inversement, un prédateur au-dessus d’un myctophidé ne verra pas la lumière des photophores se découper sur le fond noir, puisque les lueurs sont diffusées vers le bas.

Les photophores jouent sans doute aussi un rôle dans la reproduction en facilitant l’appariement, puisque, au sein de certaines espèces, tous les membres possèdent des illuminations caractéristiques de leur sexe.

Défense par éblouissement

Chez la crevette d'eau profonde Acanthephyra purpurea, la bioluminescence permet d’aveugler, de désorienter les prédateurs lorsqu’ils s’approchent, un peu à la manière des seiches, vivant plus en surface, qui éjectent de l’encre^[14] pour se protéger et s’extraire de situations dangereuses.

La crevette vomit de sa bouche une pluie d’étincelles, véritable feu d’artifice, comme un dernier effort pour dissuader les prédateurs. Les substances chimiques pulvérisées ne sont pas bleues lorsqu'elles se trouvent dans le corps. La production de lumière bleue se produit lorsque le complexe luciférine/luciférase du liquide pulvérisé entre en contact avec l'oxygène de l'eau.

La méduse Atolla wyvillei, dont la couleur rouge est absorbée dans les grands fonds et la rend invisible, produit, lorsqu'elle est attaquée, une série de flashs bleus qui se propagent en vagues circulaires à une vitesse de 5 à 50 cm/s.

Elle a été surnommée pour cela la « méduse-alarme ». Grâce à ces lumières, elle tente d’attirer l’attention de prédateurs de l’attaquant initial afin de pouvoir s’échapper.

Ces exemples n’illustrent qu’une partie de la diversité du monde marin. Citons pour finir Macropinna microstoma, le poisson revenant, de la famille des Opisthoproctidæ du Pacifique nord.

Cette espèce de 15 cm a un système oculaire tout à fait unique. Ses deux gros yeux en forme de petits tonneaux lui permettent de regarder vers le haut ou vers l’avant au travers de son crâne, qui est transparent. Sous le « dôme » translucide, la cavité crânienne est emplie d'un gel.

Conclusion

Pour se déplacer dans l’obscurité, il existe à côté de systèmes auditifs, olfactifs perfectionnés, tout un dispositif de signaux bioluminescents ayant des rôles divers et variés. Chacun des cinq sens apporte des informations vitales. Tous nos respects et louanges au Concepteur !

Certaines espèces ne possèdent pas d’organes directement bioluminescents, mais sont en symbiose avec des bactéries bioluminescentes dans des organes spécialisés.

La durée d’émission de lumière est variable : ou bien les signaux se manifestent durant une fraction de seconde, tels des flashs d’appareils photographiques, ou bien ils clignotent régulièrement, ou bien ils brillent d’une façon continue comme chez les bactéries bioluminescentes. Ils servent de signes distinctifs, étant utilisés pour attirer d'éventuels partenaires, distraire les prédateurs, leurrer des proies et des prédateurs ou tout simplement exposer les animaux environnants.

« […] c’est un plus grand miracle de gouverner le monde entier que de rassasier de cinq pains cinq mille personnes. Et pourtant, nul ne s’étonne du premier ; du second les hommes sont remplis d’admiration non parce qu’il est plus grand, mais parce qu’il est plus rare^[15]. »

Bibliographie succincte :

* Les animaux Découvrir Larousse n° 145

* Les animaux Découvrir Larousse n° 100, VIII

* https ://iuem.univ-brest.fr/lemar/wp-content/uploads/2019/11/La-lanterne-web.pdf

*https ://buv.isfad-gn.org/universitaire/6_MPOVPA/04_M%C3%A9decine%20v%C3%A9t%C3%A9rinaire%20et%20production%20animale/001_Anatomie%20des%20poissons/Qu%20est%20ce%20qu%20un%20poisson.pdf

*https ://persee.fr/doc/rsna_1158-2871_1929_ num_15_1_1452

*https ://fountainmagazine.com/all-issues/2019/issue-132-nov-dec-2019/let-there-be-light-bioluminescence-in-marine-life

*https://activeanglingnz.com/2017/01/17/la-ligne-laterale-le-sixieme-sens-des-poissons/

* La bioluminescence bactérienne, des océans à Biolum-Archi : un phénomène biologique fascinant au service d'un modèle d'habitat durable méditerranéen ?, Lisa TANET, thèse de doctorat 2020.

* La bioluminescence : un proxy d'activité biologique en milieu profond ? Séverine MARTINI, thèse de doctorat 2013.

* Upside-down swimming : in situ observations of inverted orientation in Gigantactis, with a new depth record for the Ceratioidei, Andrew L. STEWART, Theodore W. PIETSCH, Jon MOORE, Xiaotong PENG ; 07 novembre 2023

(https ://doi.org/10.1111/jfb.15609)

*https ://nhm.ac.uk/discover/news/2023/decembre/upside-down-deep-sea-anglerfish-might-be-hunting-prey.html