Un biologiste marin étudiant les photophores d’une espèce de poisson bioluminescent a découvert des cristaux de guanine en forme d’aiguille qui diffusent et redirigent la lumière au lieu de simplement la réfléchir, une découverte qui pourrait inspirer des dispositifs biomédicaux et optiques plus efficaces.
Environ 75 % des organismes marins sont bioluminescents et possèdent des organes émetteurs de lumière spécialisés appelés photophores.
Ils utilisent la lumière qu’ils produisent à diverses fins, comme attirer des partenaires, attirer des proies ou confondre les prédateurs.
Les poissons bioluminescents possèdent également des structures cristallines spécialisées appelées plaquettes de guanine qui jouent un rôle clé dans la façon dont leur lumière brille.
Bien que tous les poissons bioluminescents possèdent des photophores et des plaquettes, le nombre, l’emplacement et la forme de ces structures biologiques varient selon les poissons.
Dans une nouvelle étude, Masakazu Iwasaka, chercheur à l’Université d’Hiroshima, a étudié les mécanismes de contrôle de la lumière dans les photophores du Sigmops gracilis, une espèce bioluminescente des profondeurs marines.
Il a découvert que les couches de plaquettes de guanine localisées font plus que simplement refléter la lumière, elles diffusent la lumière de manière complexe.
« En examinant des poissons d’eau profonde à bord d’un navire de recherche, j’ai réalisé que des informations importantes ne pouvaient pas être obtenues en utilisant uniquement des matériaux de laboratoire », a déclaré le Dr Iwasaka.
« Cette expérience m’a amené à explorer une nouvelle direction : le biomimétique inspiré de phénomènes inconnus observés sur le terrain. »
« Mes propres observations et des études antérieures ont montré que les cristaux de guanine peuvent former des couches à la surface des photophores chez certaines espèces de poissons. »
« Dans cette étude, j’ai confirmé une forte réflexion anisotrope, ce qui signifie que la lumière réfléchie change considérablement en fonction de la direction d’où vient la lumière. »
« Cela suggère un rôle jusqu’alors méconnu que jouent les cristaux de guanine dans le contrôle de la direction de la lumière. »
Les plaquettes de guanine de Sigmops gracilis sont des structures en forme d’aiguille regroupées localement autour de ses organes légers.
Lorsque la lumière frappe les cristaux de guanine, leur forme provoque une diffusion de la lumière.
« Dans des travaux antérieurs, j’ai montré que les cristaux de guanine des poissons rouges agissent comme de minuscules miroirs, produisant une réflexion anisotrope en raison de leur orientation légèrement inclinée », a déclaré le Dr Iwasaka.
« En revanche, les cristaux au rapport d’aspect plus élevé étudiés ici se comportent davantage comme des prismes, redirigeant la lumière plutôt que de simplement la réfléchir. »
« Leur disposition en couches présente des propriétés similaires à celles des cristaux photoniques. »
Les plaquettes cristallines en couches de guanine fournissent un aperçu des conceptions biomimétiques hautement efficaces qui maximisent et recyclent la lumière qui fuit, plutôt que de simplement réfléchir la lumière émise.
Les scientifiques ont utilisé des électro-aimants pour tester différentes orientations des cristaux de guanine et les ont exposés à une source de lumière externe pour enregistrer les résultats de diffusion sous différents angles de lumière.
Étant donné que ces minuscules structures fonctionnent dans l’eau, les conclusions de l’étude pourraient être utiles dans la conception de dispositifs biomédicaux implantés.
« Bien que les poissons des grands fonds soient difficiles à obtenir, la recherche en vaut la peine », a déclaré le Dr Iwasaka.
« L’étude de la guanine dans diverses espèces de poissons mènera à un trésor de connaissances biomimétiques. »
Les résultats ont été publiés cette semaine dans la revue Biointerphases.
