La bioluminescence du ver luisant

La bioluminescence du ver luisant

Le ver luisant est un insecte de l’ordre des coléoptères qui se caractérise par la production de lumière ou bioluminescence. On peut l’observer dans toute la France métropolitaine.
Il existe, en France métropolitaine, onze espèces de Lampyridae, dont dix espèces de vers luisants
dont l’une des plus communes est Lampyris noctiluca. et une espèce de luciole.
Cet article s’intéresse aux dix espèces de vers luisants qui ne seront pas distinguées car elles ont des modes de vies similaires, elles seront donc désignées comme « le(s) ver(s) luisant(s) ».

Cet article se divise en trois parties :
– Présentation du ver luisant en photos
– Menaces sur le ver luisant
– Fonctionnement chimique de la bioluminescence

Présentation du ver luisant en photos :

Figure 1  : Même photo de femelle de ver luisant :
-à gauche : avec flash de l’appareil photo
– à droite : sans flash de l’appareil photo
La comparaison de ces deux photos permet d’observer où est émise la lumière : il y a des organes lumineux spécifique en position ventrale à l’arrière de l’abdomen.

 

Chez le ver luisant, la bioluminescence est utilisée pour la reproduction : la femelle attire le mâle grâce à son abdomen lumineux.
Afin d’être bien visible, la femelle grimpe et expose au mieux ses organes lumineux.
En plus de la lumière, la femelle émet également des phéromones sexuels qui favorise l’accouplement.

Figure 2 : Vue des organes bioluminescent du ver luisant femelle : 3 segments abdominaux sont ventralement lumineux, le dernier de ces segments présente seulement deux points lumineux.

 

Figure 3 : Accouplement de vers luisant, le mâle se situe au dessus de la femelle.
Le ver luisant présente un fort dimorphisme sexuel : mâle et femelle sont très différents :
– Le mâle est au moins deux fois plus petit que la femelle
– Il possède des ailes et peut voler au contraire de la femelle
– Il a des yeux hyper développés pour pouvoir localiser la lumière de la femelle
– La femelle émet beaucoup de lumière au niveau de son abdomen (le mâle pas ou peu).

On confonds souvent vers luisants et lucioles.
Contrairement aux vers luisants, les lucioles ne présentent pas de dimorphisme sexuel. En effet, le mâle et la femelle sont tous les deux pourvus d’ailes et émettent une lumière intermittente.
En France, une seule espèce de luciole est présente, Luciola lusitanica, et sa répartition est restreinte à l’extrême sud-est (surtout dans les Alpes-Maritimes et en Corse).

Figure 4 : Vue ventrale d’un mâle de ver luisant. On observe nettement ses yeux hypertrophiés qui lui permettent de localiser la faible lumière émise par la femelle.

Figure 5 : Vue des organes bioluminescent du ver luisant mâle : Seulement deux petites lumières au niveau du dernier segment abdominal émettent de la lumière. Ces organes sont très peu développés et non pas de fonctions particulières au contraire de la femelle. 

 

Figure 6 : Larve de coccinelle et de ver luisant se ressemble, il ne faut donc pas les confondre
à gauche : larve de coccinelle asiatique caractérisé par ses pics noirs et oranges.
à droite : larve de ver luisant
La larve de ver luisant est de forme aplatie avec des segments nettement distincts. Ces segments sont ornés de taches latérales rosé.

Ces tâches sont typiques des larves et disparaissent donc chez l’adulte.

Figure 7 : Observation de la tête d’une larve de ver luisant : ses mandibules permettent de prédater les escargots et limaces

Menaces sur le ver luisant :

Le ver luisant auparavant commun dans de nombreuses campagnes est devenue de plus en plus rare, ceci à cause de nombreux facteurs.

– En premier lieu, la pollution lumineuse qui gène ou empêche la reproduction des vers luisants.
Les mâles sont attirés par les lumières artificielles des lampadaires ou des maisons. Ils ne trouvent pas de femelle, l’accouplement n’a donc pas lieu, le nombre de vers luisants la génération suivante diminue alors fortement et cela peu aboutir à une extinction locale de l’espèce.

– En second lieu, comme pour de nombreux autres insectes : la destruction de leurs habitats et les changements d’utilisation des terres, comme la diminution du pâturage qui conduit à un embroussaillement et à une fermeture des milieux (prairies remplacées par des bosquets), constituent également des facteurs responsables de la disparition des vers luisants.
La fragmentation des habitats (constructions de routes…) limite aussi les capacités de déplacement des vers luisants et donc la colonisation de nouveaux milieux.

-Enfin, les traitements anti-limace et escargots (produits phytosanitaire hélicides) dans de nombreux jardins de particuliers qui détruise les proies de larves de vers luisants.

Il existe un site internet où noter ses observations de vers luisant : l’OVL (Observatoire de Vers luisants et Lucioles). Ce site existe depuis 2015 et il permet de mieux connaître la répartition de cette espèce ainsi que les menaces qui pèsent sur lui.

 

Figure 8 : Les trois principales menaces pour les vers-luisants : pollution lumineuse, utilisation de produits tuant leur proies (escargots, limaces…) et la fermeture d’un milieu par processus naturel de succession écologique.

Fonctionnement chimique de la bioluminescence :

Fonctionnement général de la bioluminescence pour une grande diversité d’organismes :

Sur notre planète, de nombreux organismes unicellulaires (bactéries, algues…) ainsi que des animaux et même des champignons sont bioluminescents.
Cette bioluminescence est la plus fréquentes dans les profondeurs océaniques. Dans les abysses, la lumière solaire ne pénètre jamais, ce qui rend le milieu totalement obscur. La communication entre individus ou les pièges par bioluminescence sont donc monnaie courante.
En milieu terrestre (plus facilement accessible pour nous), la bioluminescence est beaucoup plus rare à observer : dans quelques grottes où l’obscurité totale règne également. Par exemple, en Nouvelle Zélande, il existe des larves de diptères (moustique) bioluminescents.
En France métropolitaine, il n’y a pas d’organismes luminescents dans les grottes. Le moyen le plus simple pour découvrir la bioluminescence reste donc la nuit avec le ver luisant.

Malgré cette diversité impressionnante d’organismes capables de produire de la lumière, le mécanisme chimique sous-jacent est très similaire. Il a été décrit la première fois en 1887 par le physiologiste Raphaël Dubois.
La bioluminescence correspond à une réaction d’oxydation de la luciférine. L’oxydation de la luciférine produit de l’oxyluciférine instable qui retourne à son état plus stable en émettant un photon (particule de lumière) par fluorescence dont la longueur d’onde varie de 440 à 560 nanomètres, correspondant aux couleurs bleu et vert.
C’est pour cela que les organismes bioluminescents sont de couleurs bleu-vert et n’émettent pas de couleurs « chaudes » oranges ou rouges.
Il existe différents types de luciférines : elles appartiennent à au moins 5 groupes chimiques différents (aldéhydes, tétrapyrroles, thiazoles, flavines et imidazolopyrazines), elles ont en commun la présence de noyaux aromatiques dans leur structure moléculaire.
Cette réaction d’oxydation de la luciférine est catalysée par une enzyme : la luciférase.

Le couple luciférine (substrat) et luciférase (enzyme) se retrouve donc chez tous les organismes bioluminescents. Il s’agit d’une exemple de convergence évolutive.
La convergence évolutive est le mécanisme évolutif conduisant des espèces soumises aux mêmes contraintes environnementales (ici l’obscurité), à adopter indépendamment plusieurs traits physiologiques, morphologiques semblables (ici produire de la lumière).

Fonctionnement détaillé de la bioluminescence chez le ver luisant :

Figure 9 : Détails de 2 des segments abdominaux luminescents d’une femelle. Par quel processus biochimique précis cette lumière est émise ?

Chez le ver luisant et la luciole, l’oxydation est précédée d’une activiation par l’ATP (molécule transportant de l’énergie).
La première réaction catalysée par la luciférase est l’activiation de la luciférine avec formation de luciféryl adénylate liée à l’enzyme.
La deuxième réaction correspond à l’oxydation de la luciférine en oxyluciférine
C’est cette oxyluciférine qui va émettre de la lumière. Pour mieux visualiser – voir le schéma ci-dessous

Figure 10 : Schéma des réactions chimiques permettant la bioluminescence chez le vers luisant.

Publication : Août 2021
Auteur(s) : Pierre-Jean Riou, professeur de SVT

Crédits photos : Pierre-Jean Riou
Crédits schémas :
Mathilde Maillefaud, professeure de SVT

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