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Des travaux récents ont mis en évidence que la fourrure de diverses espèces de mammifères brille dans de jolies nuances de rose et de rouge lorsqu'elles sont exposées à la lumière UV. Pour élucider la cause de ce phénomène inattendu, une collaboration internationale impliquant des chercheurs des laboratoires IPANEMA et PPSM et la société PorphyChem a identifié la source de cette luminescence. Plutôt que de servir une fonction écologique, comme on le supposait auparavant, l'équipe déduit que le phénomène résulte de la gestion des déchets de porphyrines par l'organisme, suggérant que ce processus de stockage est répandu chez les mammifères. Ce travail est publié dans le journal Integrative Zoology.
La nature est extrêmement riche en couleurs. Dans des conditions de lumière naturelle, l'oeil humain est capable d'apprécier toute la palette de la nature grâce aux propriétés d'absorption et réflexion des colorants. Cependant, l'utilisation de la lumière UV peut déclencher une émission qui offre une nouvelle visualisation de certains colorants autrement invisibles. Selon un processus connu sous le nom de photoluminescence, certaines molécules absorbent la lumière UV et réémettent de la lumière du domaine visible jusqu'au proche infrarouge.
La photoluminescence est un phénomène bien connu chez les animaux invertébrés ; les scorpions, par exemple, émettent une lumière bleue lorsqu'ils sont exposés aux UV. Au cours des deux dernières années, plusieurs scientifiques ont fait de nouvelles observations passionnantes de la luminescence chez divers mammifères, tels que les hérissons, les écureuils volants et même l'énigmatique ornithorynque à bec de canard. En plus de donner lieu à des photographies colorées, le phénomène a suscité l'intérêt de la communauté scientifique et du public. La photoluminescence a-t-elle une fonction écologique, comme on le suggère souvent ?
Une collaboration internationale, impliquant des chercheurs d'institutions d'Allemagne, de France, de Suisse, de Suède et de Norvège, a travaillé sur le sujet. Des études antérieures ont observé la photoluminescence chez des mammifères nocturnes, mais ont noté que des espèces apparentées proches qui sont actives pendant la journée ne sont pas luminescentes. Ces études ont proposé que la photoluminescence joue un rôle écologique, par exemple comme moyen d'attirer les partenaires et de communiquer avec les membres de la même espèce, ou pour se camoufler.
Cette nouvelle étude rejette cette hypothèse, car les conditions requises pour générer une photoluminescence que d'autres animaux peuvent percevoir (c'est-à-dire une source suffisamment intense d'UV dans une zone autrement sombre, comme utilisé dans ce travail) sont peu susceptibles de se produire en environnement naturel.
L'équipe a recherché à identifier les composés chimiques générant de la photoluminescence par la mise en oeuvre des approches d'imagerie et de spectroscopie, initialement conçues par l'équipe d'IPANEMA pour la caractérisation de matériaux anciens, pour étudier des spécimens de musée couplée à des mesures de spectroscopies disponibles au PPSM. L'imagerie a permis à l'équipe de mieux visualiser et localiser les zones luminescentes, tandis que la spectroscopie a permis d'identifier in situ les porphyrines libres comme étant les luminophores. Les porphyrines servent d'éléments de base pour plusieurs protéines vitales dans la biologie des mammifères, comme l'hémoglobine du sang, et de nombreux organes les produisent facilement. Cependant, la surproduction de porphyrines peut entraîner des lésions cutanées graves, entre autres maladies.
L'équipe a également observé une perte rapide de la photoluminescence lors de l'exposition à la lumière en laboratoire. Cela les a conduits à proposer que les mammifères puissent éliminer les porphyrines en utilisant leurs fourrure comme stockage temporaire, jusqu'à ce que les porphyrines se dégradent sous la lumière du soleil. La photoluminescence observée serait donc un phénomène fortuit sans fonction intrinsèque, concluent les scientifiques.
Comme les mammifères étudiés qui stockent des porphyrines dans leurs poils sont de lointains parents, les chercheurs en déduisent que cette stratégie de stockage est répandue chez les mammifères. Ils s'attendent donc à ce que d'autres mammifères photoluminescents soient signalés à l'avenir. En outre, cette nouvelle hypothèse permet d'expliquer pourquoi les mammifères nocturnes sont luminescents alors que leurs parents diurnes ne le sont pas - les deux stockent des porphyrines dans leur fourrure, mais la dégradation est beaucoup plus rapide sous rayonnement solaire.
Laboratoires CNRS impliqués:
- Institut photonique d'analyse non-destructive européen des matériaux anciens (IPANEMA, CNRS / Ministère de la culture / MNHN / Université VSQY)
- Photophysique et Photochimie Supramoléculaires et Macromoléculaires (PPSM, CNRS / ENS Paris-Saclay)
Référence:
Séverine L. D. TOUSSAINT, Jasper PONSTEIN, Mathieu THOURY, Fur glowing under ultraviolet: in situ analysis of porphyrin Accumulation in the skin appendages of mammals. Integrative Zoology.
Contact:
Mathieu Thoury - Institut photonique d'analyse non-destructive européen des matériaux anciens (IPANEMA - CNRS/Univ Versailles St-Quentin/MNHN) - mathieu.thoury at synchrotron-soleil.fr
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