sciences Le mystère des mers laiteuses est enfin résolu (bioluminescence)

Le 30 janvier 1864, le navire de guerre confédéré CSS Alabama pénétra dans ce que son capitaine décrivait comme un « morceau de mer remarquable ». L' Alabama , naviguant vers le sud-ouest le long de la Corne de l'Afrique, était l'un des nombreux navires confédérés naviguant sur les océans du monde pendant la guerre civile américaine, affaiblissant l'Union en attaquant ses navires marchands. Redoutables pirates, le capitaine Raphael Semmes et son équipage ont été effrayés par la mer qu'ils ont rencontrée ce soir de janvier. « Vers vingt heures du soir, il n'y avait pas de lune, mais le ciel étant clair et les étoiles brillantes, nous sommes soudainement passés de l'eau bleue profonde dans laquelle nous naviguions, dans une pièce d'eau si blanche que cela m'a fait sursauter, » raconte Semmes dans un mémoire.

DE NOMBREUSES CRÉATURES MARINES émettent de la lumière, fournissant un indice sur la raison pour laquelle la surface de la mer peut parfois apparaître d'une blancheur fantomatique. Crédit : Henley Spires/Minden PicturesAu début, il pensait que la lueur pâle et constante indiquait une crête submergée, mais une ligne lestée que l'équipage lança au-dessus du plat-bord coula sur 600 pieds sans toucher le fond. "Autour de l'horizon, il y avait un éclat tamisé, ou rougeur, comme s'il y avait une illumination lointaine, tandis qu'au-dessus il y avait un ciel sinistre et sombre", a écrit Semmes. "Tout le visage de la nature semblait changé, et avec un peu d'imagination, l' Alabama aurait pu être conçu comme un navire fantôme, éclairé par l'éclat maladif et surnaturel d'une mer fantôme." L' Alabama a voyagé dans les eaux étranges pendant plusieurs heures, sortant finalement de la zone aussi brusquement qu'il y était entré.

La description de première main de Semmes est l'un des premiers récits fiables d'une telle mer, et elle est devenue une contribution précieuse, quoique involontaire, à la science. Maintenant, après avoir combiné des dizaines de rapports historiques avec des données satellitaires de pointe, les chercheurs sont sur le point de résoudre l'un des mystères les plus persistants de l'océan : ses vastes affichages éphémères de lumière vivante fantomatique.

Le rayonnement froid émis par les lucioles, certaines espèces de champignons et diverses créatures marines est appelé bioluminescence. Bien qu'il soit l'un des plus anciens sujets d'étude scientifique, il est aussi parmi les plus insaisissables. Des mentions de lumière animale apparaissent dans la poésie et les chansons anciennes de nombreuses cultures. Au troisième siècle avant notre ère, Aristote remarqua que s'il frappait la surface de la mer avec une verge, l'eau produisait parfois un éclair bleu vif. Trois cents ans plus tard, Pline l'Ancien a décrit des espèces émettant de la lumière de mollusques, de méduses et de champignons, ajoutant que la Forêt-Noire d'Europe centrale était censée briller d'oiseaux bioluminescents (de telles rumeurs, bien que souvent répétées, n'ont malheureusement jamais été confirmées).

Vers 1370, le zoologiste égyptien Al-Damiri a inclus les insectes bioluminescents dans son dictionnaire zoologique. Et en 1492, lors de son approche fatidique des Bahamas, Christophe Colomb a observé des lueurs de lumière dans l'océan - un événement que les scientifiques supposent maintenant avoir été produit par des vers marins bioluminescents du genre Odontosyllis, qui remontent périodiquement à la surface de l'eau en masse pour effectuer une « danse » d'accouplement circulaire. À la fin des années 1800, après des siècles de spéculation, les scientifiques ont confirmé que la bioluminescence résulte d'une réaction d'oxydation entre une enzyme et son substrat au sein des cellules animales et végétales. Des questions fondamentales subsistaient cependant : personne ne savait ce qui incitait différents organismes à briller ou à quoi la lumière pouvait servir.

La plupart des récits de bioluminescence, sur terre et en mer, décrivent des éclairs et des lueurs bleu-vert, parfois stimulés par des perturbations, comme avec le bâton d'Aristote. Mais des rapports comme celui du capitaine Semmes suggéraient un phénomène très différent. L'eau de mer parcourue par les marins était baignée d'une lumière blanche constante, et non d'éclats bleutés, et la lueur s'étendait souvent sur des kilomètres. Ces « mers laiteuses » étaient suffisamment rares et suffisamment étranges pour que les gens les considèrent généralement comme de grands contes – plus plausibles que les rencontres avec des sirènes, peut-être, mais à peine. Herman Melville, dans son épopée Moby-Dick de 1851, les a dépeints comme de mauvais présages, décrivant la «terreur silencieuse et superstitieuse» d'un marin en entrant dans une «mer de minuit d'une blancheur laiteuse», comme si «des bancs d'ours blancs peignés nageaient autour de lui». Dans le roman Vingt mille lieues sous les mers de Jules Verne , écrit près de deux décennies plus tard, le pilote de sous-marin fictif Pierre Aronnax est moins perturbé par son voyage à travers une mer laiteuse dans le golfe du Bengale, informant calmement son assistant que « la blancheur qui vous surprend n'est causée que par la présence de myriades d'infusoires, sorte de petit ver lumineux, gélatineux et sans couleur.

Le pilote de Verne était sur la bonne voie, mais il faudra plus d'un siècle avant que la science ne commence à rattraper la science-fiction. En juillet 1985, un navire de recherche de la marine américaine a rencontré une mer laiteuse au large de la péninsule arabique. Les scientifiques à bord, qui menaient une vaste étude sur la bioluminescence marine, étaient équipés pour ce coup de chance, et ils ont rapidement collecté des échantillons d'eau de mer pour inspection. En plus des dinoflagellés, des copépodes et d'autres types de plancton associés aux affichages clignotants familiers, les échantillons contenaient des bactéries bioluminescentes. Les chercheurs ont suggéré que les mers laiteuses se sont produites après que les colonies d'algues à la surface de l'eau ont fleuri et sont mortes. Lorsque les cellules d'algues mortes se sont rompues, elles ont libéré des lipides consommés par la suite par des bactéries, qui se sont alors multipliées furieusement,

Enfin, les mers laiteuses avaient été établies comme un phénomène scientifique ayant une cause biologique. Mais pour comprendre où, quand et exactement pourquoi ils se sont produits, les chercheurs avaient besoin de plus de données que la sérendipité ne pouvait fournir.

Naviguer sur la neige​

Une mer laiteuse s'étendant sur près de 40 000 milles carrés d'océan au sud de Java à l'été 2019 a été capturée par des satellites de vision nocturne sensibles ; ça a duré 45 jours. Crédit : NOAA/Université d'État du Colorado/CIRAPour la marine américaine, la bioluminescence marine est une préoccupation pratique car une tache d'eau de mer brillante peut délimiter un sous-marin, le transformant en une cible facile. Au début des années 2000, Steven Miller, un scientifique de l'atmosphère alors au Naval Research Laboratory de Monterey, en Californie, a commencé à se demander si les capteurs satellites pouvaient détecter la bioluminescence d'en haut. Les seuls capteurs capables d'observer la lumière visible la nuit étaient ceux du système Operational Line Scan (OLS) qui volait sur les satellites de l'US Air Force. Miller savait que la plupart des affichages de surface de la bioluminescence marine étaient beaucoup trop petits pour être enregistrés sur les capteurs, alors, sur un coup de tête, il a cherché sur Internet des mentions de bioluminescence généralisée. Il a trouvé une description des mers laiteuses sur le site Web Science Frontiers, un catalogue idiosyncratique d'événements "inhabituels et inexpliqués" alors maintenu par le physicien William R. Corliss.

Miller, sa curiosité piquée, a commencé à recueillir des témoignages oculaires. Parmi eux se trouvait un rapport relativement récent d'un navire marchand britannique, le SS Lima, qui avait traversé une mer laiteuse le long de la Corne de l'Afrique le 25 janvier 1995. « La bioluminescence semblait couvrir toute la zone maritime, d'un horizon à l'autre. », lit-on dans le journal de bord du Lima, « et il semblait que le navire naviguait sur un champ de neige ou glissait sur les nuages ».

Lorsque Miller a extrait les images OLS de l'emplacement du Lima à cette date, il n'a d'abord rien vu. Mais quand il a zoomé, il a vu un léger frottis en forme de virgule. "Cela ressemblait à une tache de doigt, mais cela bougeait lorsque je déplaçais la silhouette", se souvient-il. Miller a découvert que les bords de la tache correspondaient aux coordonnées notées dans le journal de bord du navire lorsqu'il entrait et sortait de la mer laiteuse, qui couvrait près de 5 500 milles carrés. Lorsqu'il a examiné les images OLS des jours immédiatement avant et après la rencontre du Lima, il a trouvé la même tache, tournant dans le sens antihoraire de concert avec les courants océaniques locaux. "D'accord", pensa Miller, "nous pouvons voir la bioluminescence depuis l'espace."

Miller a contacté Steven Haddock, un biologiste marin à l'Institut de recherche de l'aquarium de Monterey Bay (MBARI), à proximité, pour partager ses découvertes. Comme Miller, Haddock n'avait jamais vu de visu une mer laiteuse, mais il connaissait le phénomène, notamment parce que l'un de ses mentors, le biologiste marin Peter Herring (aujourd'hui à la retraite), avait répertorié des centaines de descriptions de mers laiteuses remontant au capitaine Semmes et l'Alabama. Haddock, qui étudie principalement la bioluminescence chez les méduses, a passé une grande partie de sa carrière à essayer de se rapprocher le plus possible des organismes bioluminescents à l'aide de submersibles en haute mer avec équipage ou télécommandés. Lui et Miller ont commencé à collaborer.

Bien que la détection OLS de 1995 ait été un peu un coup de chance - le produit de la persévérance de Miller et d'une position satellite fortuite - Miller espérait qu'un nouvel instrument à spectre visible à faible luminosité plus sensible appelé capteur de bande jour-nuit (DNB) permettrait une étude systématique des mers laiteuses. Le capteur, lancé en 2011, se déplace désormais sur deux satellites à plus de 500 miles au-dessus de la surface de la Terre, chacun en orbite autour de la planète quotidiennement. Plus de 100 fois plus sensible que l'OLS, le DNB peut facilement capter la lueur d'une mer laiteuse. Mais il peut également capter la faible "luminosité de l'air" produite par l'absorption de la lumière ultraviolette dans la haute atmosphère, dont une partie est réfléchie par les nuages. « Il y avait des nuages partout. La lueur de l'air émet vers le haut, et parfois elle rend ce voile de lumière vraiment diffus et répandu », explique Miller. Différencier la bioluminescence de ces autres phénomènes, ajoute-t-il, "nous a pris de nombreuses années à regarder ce qui semblait être une imagerie très bruyante".

Grâce à la longue histoire d'observations par les marins, Miller et Haddock savaient que les occurrences de mers laiteuses culminaient en hiver et en été et qu'elles étaient le plus souvent signalées dans le nord-ouest de l'océan Indien, où l'Alabama et le Lima les avaient rencontrées, comme ainsi qu'autour de l'Indonésie, notamment près de l'île de Java et dans la mer de Banda. En resserrant sa recherche à ces saisons et ces lieux, Miller a analysé les données DNB collectées les nuits sans lune de 2012 à 2021, identifiant finalement une douzaine d'événements qui n'étaient ni des nuages ni une lueur d'air, étaient invisibles pendant la journée et dérivaient avec les courants sur plusieurs nuits. Un événement de 2019, détecté juste au sud de Java, a été visible pendant au moins 45 nuits et a couvert près de 40 000 miles carrés, une zone de la taille du Kentucky. Sa persistance sur plusieurs semaines suggère que le capteur DNB pourrait être utilisé pour envoyer des chercheurs dans des mers laiteuses nouvellement formées à temps pour y effectuer des plongées. "[Il n'y a] que peu de choses que vous pouvez faire à partir de mesures spatiales", déclare Miller. « Vous ne pouvez pas entrer dans l'eau, vous ne pouvez pas voir la structure verticale de la lueur dans l'eau, vous ne pouvez pas échantillonner les créatures, vous ne pouvez pas mesurer la chimie détaillée. [Pour] toutes ces choses, vous devez être au milieu d'elles pour vraiment comprendre.

Alors que Miller attend la chance d'être au milieu d'une mer laiteuse, il continue d'élargir sa collection d'observations. Un ajout récent vient de Sam Keck Scott, qui à l'été 2010 a aidé à naviguer un ketch hollandais restauré de Malte à Singapour, traversant la mer d'Oman. Un soir de fin juillet, alors que Scott commençait sa montre, il remarqua un étrange éclat dans l'air. Après quelques minutes, il s'est rendu compte que même si le ciel était complètement noir, il pouvait voir les voiles et la coque du bateau ; l'océan tout entier s'était illuminé et semblait briller de l'intérieur. Scott et ses coéquipiers ont navigué dans la mer laiteuse pendant environ quatre heures, en sortant encore plus soudainement qu'ils n'y étaient entrés. "Nous savions qu'il s'agissait d'une sorte de bioluminescence, mais c'était à cette échelle sauvage, contrairement à tout ce que j'avais jamais vu auparavant", se souvient Scott.

Alarme​

De loin, les scientifiques ont proposé diverses hypothèses sur la formation des mers laiteuses. Les enquêteurs de l'expédition de la marine de 1985 ont émis l'hypothèse que les bactéries bioluminescentes qu'ils avaient collectées s'étaient rassemblées autour d'une prolifération d'algues. D'autres détectives ont depuis suggéré que la lueur constante résulte de la «détection du quorum», la capacité des bactéries à communiquer par signalisation chimique. Une fois que leur densité est suffisamment élevée pour produire une lueur collective perceptible, elles entretiennent un éclat continu. Mais pourquoi? Certains biologistes pensent que la bioluminescence d'autres organismes marins les aide à attirer de la nourriture ou des partenaires ou fonctionne comme une sorte d'alarme antivol, clignotant lorsqu'ils sont attaqués dans l'espoir d'attirer les prédateurs de leurs prédateurs. La lueur de la détection du quorum chez les bactéries peut agir comme une invitation différente : lorsqu'une colonie manque de nourriture dans l'eau libre, elle peut briller pour encourager les poissons à proximité à venir consommer les bactéries, soutenant ainsi les bactéries dans leurs intestins.

Les habitants des profondeurs marines produisent une gamme étonnante de bioluminescence pour communiquer, attirer des partenaires ou des proies, ou confondre les prédateurs. Dans le sens inverse des aiguilles d'une montre à partir du haut à gauche : une étoile cassante verte ; un calmar luciole dont le dessous brille pour le camoufler contre l'eau au-dessus lorsqu'il est vu par des ennemis en dessous; une vipère; deux hachettes ; un poisson-dragon; et le ventre d'une perle. Les points le long du ventre sont des photophores, des organes qui produisent de la lumière par des réactions chimiques ou des bactéries symbiotiques.La décennie de données DNB complique l'idée que les mers laiteuses se produisent le plus souvent en hiver et à la fin de l'été. Les pics de formation de la mer laiteuse semblent être les plus forts dans le nord-ouest de l'océan Indien lorsque les moussons d'hiver et d'été déclenchent la prolifération de phytoplancton en amenant de l'eau profonde, froide et riche en nutriments à la surface de la mer. Plus à l'est, cependant, des mers laiteuses peuvent être créées par le dipôle de l'océan Indien, un modèle de température de surface de la mer semblable à El Niño associé à des conditions fraîches et sèches et à des vents forts dans l'est de l'océan Indien entre mai et octobre. Les données satellitaires suggèrent également une explication de la raison pour laquelle la lueur semble parfois s'étendre à une certaine profondeur, créant la perception parmi les marins que leur navire flotte soudainement dans la lumière : Miller a découvert que plusieurs mers laiteuses se produisaient dans le calme relatif entre les grands tourbillons océaniques, où une combinaison de courants et de gradients de température peut isoler une colonne d'eau de mer de l'océan environnant, l'immobilisant. De telles conditions, suppose-t-il, pourraient favoriser des populations bactériennes super denses dont la détection du quorum s'étend verticalement et horizontalement aux colonies adjacentes, amplifiant la profondeur et l'étendue de la mer laiteuse qui en résulte.

Miller et Haddock espèrent que la capacité des capteurs DNB à détecter - et, avec le temps, peut-être à prédire - les mers laiteuses permettra aux chercheurs de se diriger rapidement vers l'océan et de collecter des échantillons pour tester des hypothèses. Jusque-là, il est peu probable que les mers laiteuses abandonnent leurs mystères persistants.

Lumineux partout​

Les secrets des mers laiteuses persistent en partie parce que des questions beaucoup plus vastes subsistent sur la nature, la fonction et l'étendue de la bioluminescence elle-même. Étant donné que la plupart des organismes bioluminescents vivent dans l'océan, dont beaucoup à de grandes profondeurs, l'observation directe de la bioluminescence a nécessité des ressources considérables et des risques non négligeables. La biologiste marine Edith Widder, qui a fondé l'Ocean Research and Conservation Association en 2005, a commencé ses études pionnières sur la bioluminescence dans les années 1980. Elle raconte ses nombreuses expériences submersibles parfois époustouflantes – y compris une fuite potentiellement mortelle à une profondeur de 350 pieds – dans son livre de 2021, Under the Edge of Darkness. « J'ai passé une grande partie de ma carrière dans les submersibles, opérant dans l'obscurité » car ce n'est que très récemment que les caméras ont pu percevoir à la fois la lumière et la couleur de la bioluminescence, m'a-t-elle dit. "C'est absolument, à couper le souffle, et enfin [d'autres personnes] commencent à le voir."

Widder et d'autres chercheurs qui ont réussi à faire des voyages en haute mer savent depuis des décennies que la bioluminescence est une capacité commune. Mais la première estimation fiable de sa présence remonte à 2017, lorsque Haddock et Séverine Martini, alors postdoctorante au MBARI et aujourd'hui à l'Institut méditerranéen d'océanographie, ont publié une analyse de 17 ans d'observations vidéo recueillies par des véhicules téléguidés au large de la Californie. côte. À partir de plus de 350 000 observations, qui comprenaient plus de 500 groupes d'organismes, prises à des profondeurs allant juste sous la surface jusqu'à près de 13 000 pieds, Martini et Haddock ont conclu qu'au moins les trois quarts des organismes étaient capables de bioluminescence. Le pourcentage est resté remarquablement constant à différentes profondeurs océaniques. Dans une étude de 2019, ils ont découvert qu'environ un tiers des organismes vivant au fond de l'océan sont bioluminescents. Martini a identifié une éponge carnivore qui était non seulement nouvelle pour la science, mais le premier cas documenté de bioluminescence dans son phylum.

Étant donné que l'océan est le plus grand espace de vie de la planète, les deux analyses suggèrent que la bioluminescence est l'un des traits écologiques prédominants sur Terre. "Ce n'est pas quelque chose de loin que vous ne verrez jamais dans votre vie", dit Martini. "En mer, tout brille, il suffit d'être attentif." Pour Martini, Haddock, Widder et les quelques autres chercheurs en bioluminescence marine, la lueur omniprésente ne fait qu'augmenter leur intérêt pour ses fonctions écologiques, son histoire évolutive, sa chimie et sa génétique - et leur enthousiasme pour les caméras sous-marines haute définition et le séquençage génétique avancé qui offrent de nouvelles moyens d'accéder à un monde autrefois inaccessible.

Les humains ont grandement bénéficié des espèces bioluminescentes. Les chercheurs médicaux et biologiques utilisent fréquemment la protéine fluorescente verte, que les biologistes ont isolée des méduses bioluminescentes dans les années 1960, comme marqueur visuel des protéines et des composants des cellules vivantes. Widder utilise des bactéries bioluminescentes pour identifier les points chauds de pollution dans le lagon de la rivière Indian en Floride, l'un des estuaires les plus diversifiés d'Amérique du Nord. Le ruissellement des engrais et des pesticides des fermes et des pelouses, ainsi que les fuites des égouts et des fosses septiques, empoisonnent le lagon depuis des décennies et la pollution s'est accumulée dans ses sédiments. Parce que la plupart des polluants interfèrent avec la respiration bactérienne et donc avec la bioluminescence bactérienne, Widder et ses collègues ont prélevé des sédiments du lagon et les ont mélangés avec des bactéries bioluminescentes en laboratoire pour déterminer les concentrations relatives de polluants dans tout le lagon - des connaissances qui aident à surveiller, atténuer et les efforts de restauration.

Le diable de mer noir, qui guette jusqu'à 13 000 pieds de profondeur, a un leurre transparent sortant de sa tête. Les bactéries vivant à l'intérieur du leurre brillent pour attirer les proies. On ne sait pas comment le poisson contrôle les émissions. Crédit : David Shale/Minden PicturesBien que les applications se développent, la capacité des organismes marins à bénéficier de leur propre capacité bioluminescente est menacée. La ruée vers l'extraction de métaux précieux du fond de l'océan devrait avoir un impact considérable non seulement sur le fond marin, mais sur l'ensemble de la mer profonde, où l'eau est généralement suffisamment claire pour que les organismes bioluminescents puissent communiquer entre eux sur des centaines de pieds. Lorsque des véhicules miniers robotisés grattent le fond marin, ils soulèvent des nuages de sédiments. Une fois que les machines ont pompé le matériau collecté à la surface et retiré les nodules riches en métaux de la taille d'un poing, elles rejettent la boue et le limon restants dans la mer, obscurcissant à nouveau l'eau autrefois transparente, perturbant inévitablement la communication entre les organismes bioluminescents et interférant avec leur capacité. pour trouver de la nourriture et des amis.

"Dans le contexte de l'écologie et de la santé des océans, il est important de comprendre à quel point [la bioluminescence] est répandue et largement utilisée", déclare Haddock, co-auteur d'un article de 2020 sur les effets écologiques de l'exploitation minière en haute mer. "Si vous faites quelque chose qui va affecter ce processus, cela va avoir tous ces effets d'entraînement que nous ne pouvons que maintenant commencer à apprécier." Les mers rougeoyantes qui ont tant terrifié des générations de marins n'ont fait aucune victime et n'ont laissé aucune trace ; les mers nuageuses créées par les humains pourraient cependant atténuer de façon permanente la lumière de l'océan.
À propos de l'auteur ou du traducteur
Regionalis
L'actualité internationale, culturelle, numérique et sportive.
BB Red
Il faut que je retrouve les images d'un voyage continent - Corse en voilier où une nuit nous avons traversé un banc de ces petites bestioles bioluminescentes, la quille du bateau semblait les allumer sur son passage, la trainée derrière le bateau était sublime ! Inoubliable.
 
Luciole
C'est quelque chose que j'aurais plaisir à voir, ça semble magique un peu à l'image des aurores boréales.
En Norvège avec mes parents alors que j'étais petite j'avais eu la chance d'en voir et je leur avais demandé qui avait allumé la lumière de la nuit...

Ces images de bioluminescence sont superbes !

 
Bizu33
En Norvège avec mes parents alors que j'étais petite j'avais eu la chance d'en voir et je leur avais demandé qui avait allumé la lumière de la nuit...
Et ils avaient répondu ?
Je n'ai pas eu cette chance mais c'est quelque chose que j'aimerais voir de mes propres yeux.
 

Informations sur l'article

Auteur
Regionalis
Temps de lecture
13 minutes à lire
Vues
132
Commentaires
3
Mise à jour

Dans la même catégorie

Partagez cet article

Haut