Photosynthèse et bioluminescence

Réponse du département sciences et techniques :

Bonjour,

Quelques rappels tout d’abord:

Qu’est-ce que la bioluminescence ?
L'énergie chimique extraite des molécules organiques par les êtres vivants sert à de multiples fonctions. Elle est transformée en énergie thermique (permettant de maintenir constante la température du corps chez les oiseaux et les mammifères), en énergie mécanique (déplacement), en énergie électrique (chez certains poissons elle permet de détecter des proies ou de communiquer), voire en énergie lumineuse. Cette dernière propriété est plus répandue qu'on ne le pense en général puisqu'elle existe chez plusieurs centaines d'espèces vivantes aussi diverses que des bactéries, des champignons et des animaux. La lumière produite par les être vivants présente l'inhabituelle caractéristique d'être froide comme a pu l'expérimenter quiconque a déjà tenu une luciole dans sa main. Pour l'Homme qui connaît essentiellement des sources de lumière chaudes (soleil, feu, et plus récemment, ampoules électriques) cette curiosité a toujours été un sujet d'étonnement. (…)
Pour comprendre le mécanisme de la bioluminescence, il faut connaître le principe de la luminescence, c'est à dire de l'émission de lumière qui n'est pas due à la chaleur. Schématiquement, lorsqu'un atome est soumis à un rayonnement, l'énergie qu'il absorbe le porte à un état dit excité dans lequel un électron est déplacé de son orbite habituelle autour du noyau vers une orbite plus éloignée. L'électron ne reste pas ainsi et revient spontanément à son état précédent en émettant à son tour un rayonnement d'une énergie inférieure à celle qu'il a absorbée : c'est la désexcitation. Lorsque le rayonnement de désexcitation est de la lumière visible, il s'agit de luminescence. Dans la bioluminescence, la molécule excitable, la luciférine, n'a pas besoin d'absorber un rayonnement lumineux. C'est l'énergie libérée par la réaction d'oxydoréduction qui sert à porter la luciférine à un état excité et la désexcitation produit le rayonnement lumineux. Comme dans les autres transformations énergétiques qui existent chez les êtres vivants, l'énergie chimique libérée par une réaction est transformée directement en une autre forme d'énergie, ici lumineuse, sans avoir à passer par un intermédiaire thermique.
Source : Biologie amusante.

Quelles sont les conditions nécessaires à la photosynthèse ?
La photosynthèse dépend de la qualité de la lumière, son intensité, la longueur de la journée, la concentration du CO² (350 ppm est la normale), disponibilité de l'eau et la température. Ces conditions varient selon les différents types de plantes.
Source: Formana.
Si l’on s’en tient uniquement à l’apport lumineux, il existe un repère que l’on appelle le « point de compensation de la lumière », celui-ci varie selon le type de plante, mais il se situe habituellement autour de 40 à 60 W/m2 pour la lumière du Soleil. On peut réduire quelque peu le point de compensation de la lumière en augmentant la quantité de dioxyde de carbone en présence, ce qui permet à la plante de croître dans des conditions de faible intensité lumineuse.
Source : Les plantes et la lumière.

Il existe peu de données sur l’intensité lumineuse que dégage un animal bioluminescent. Dans son livre D’où viennent les pouvoirs de Superman ? , Roland Lehoucq note que le Pyrophorus noctilus, l’insecte le plus de lumineux, en produit 66 millionièmes de watt/cm².
Il semble donc possible de produire de la photosynthèse à partir de la lumière de certains animaux, mais cela demanderait beaucoup de lucioles … Ce qui ne semble pas très réaliste…

D’autres applications utilisant la bioluminescence sont à l’étude :
Une équipe de chercheurs de l'université anglaise de Cambridge a mis en point un procédé permettant de transférer des gènes des végétaux.
Afin de tester cette nouvelle technique de formation de plantes transgéniques, les scientifiques ont utilisé des gènes codant pour une protéine luminescente facile à tester et inoffensive pour la plante.
Grâce à cette propriété, il est évident de voir si l'expérience est réussie ou non. En 1990, la bactérie Agrobacterium tumefaciens fut utilisée pour la première fois pour introduire le gène « luc » dans des cellules de plants de tabac. Le résultat fut un plant de tabac qui brillait d'une lumière verte après administration du substrat, la luciférine.
On peut donc imaginer des plantes transgéniques biolumineuses qui serviraient d'éclairage d'appoint dans nos maisons ou bien d'éclairage pour les voies publiques.
La lumière produite par les organismes bioluminescents est trop faible pour éclairer nos rues ou nos maisons. Pour augmenter cette lumière, les scientifiques ont cherché à modifier le génome d'insectes (lucioles) et de bactéries sous-marines (Vibrio fischeri) de façon à accroître leur production d'enzymes capables de produire de la lumière.
L'équipe s'est rendue compte qu'une culture de bactéries de la taille d'une bouteille suffisait à produire suffisamment de lumière pour permettre de lire. D’après leurs calculs, un arbre biolumineux n'aurait besoin que de 0,02% de l’énergie qu’il absorbe pour produire une lumière suffisante pour éclairer une rue.
Source : Biomimétisme et architecture.