Ces minuscules créatures illuminent la nuit polaire

Au fin fond de l’Arctique russe, sur le littoral de la mer Blanche, une station de recherche isolée voit s’éloigner ceux qui l’occupent. La biologiste Vera Emelianenko se met en route dans la nuit glacée de décembre. L’accompagnent Mikhail Neretin, fils du biologiste moléculaire de la station, ainsi que deux chiens : un schnauzer géant et un terrier irlandais à poils doux.

D’un pas pénible, ils se meuvent contre le vent féroce, sur les pans glacés de l’estran, quand soudain, Mikhail Neretin aperçoit une vive lumière bleue sur une congère. Il pense d’abord que Vera a fait tomber son téléphone.

Pour en avoir le cœur net, ils reviennent sur leurs pas, qui laissent des empreintes d’un bleu éthéré. « C’était comme s’il y avait des guirlandes de Noël bleues dans la neige », se remémorera Vera Emelianenko.

Elle se baisse pour ramasser une poignée de neige qu’elle tasse. Lorsqu’elle presse la boule de neige entre ses doigts, celle-ci brillent de plus belle. Dans leur galopade, les chiens ont pris de l’avance et laissé une traînée lumineuse derrière eux, comme si les aurores boréales étaient tombées du ciel pour s’épandre sur la neige.

L’enthousiasme ne tarde pas à gagner les biologistes restés à la station ainsi qu’un groupe de spécialistes marins de toute la Russie ; on les inonde d’appels téléphoniques et de MMS pour leur faire part de la découverte. Vera Emelianenko et Mikhail Neretin se dépêchent de faire venir le photographe de la station, Alexander Semenov, pour garder une trace de ce phénomène. « Nous avons piétiné le sol tous ensemble pendant peut-être deux heures » pour faire briller ces petites taches.

Le lendemain, Vera Emelianenko glisse un morceau de neige luisant sous la loupe d’un stéréomicroscope pour tenter d’identifier le responsable de cette bioluminescence. En attendant que la glace fonde, elle donne de petits coups à ces résisus minuscules à l’aide d’une aiguille, sans effet. Mais elle finit par repérer des copépodes (de tout petits crustacés) dans la boîte de Petri désormais remplie de mélasse. Lorsqu’elle les touche, ils luisent d’un bleu léger.

C’est peut-être la première fois qu’on se donne la peine de faire une enquête documentée sur cette neige luisante de l’Arctique, que des chercheurs avaient déjà observée auparavant sans toutefois investiguer plus avant.

L’HISTOIRE DES COPÉPODES

Les copépodes sont de minuscules crustacés qui ne mesurent que quelques millimètres de long et qui font la taille de quelques grains de sable mis côte à côte. « Ce sont les microbes de la mer », explique Steven Haddock, biologiste marin spécialiste du zooplancton des grands fonds à l’Institut de recherches de l’aquarium de Monterey Bay. « Ils sont petits et nombreux, ils sont ingérés par beaucoup d'espèces. »

Bien qu’on en parle peu et qu’ils ne bénéficient d’aucune représentation culturelle (à l’exception remarquable du personnage de Sheldon James Plankton, célèbre copépode du dessin animé Bob l’éponge), les copépodes seraient à l’origine de la diversité dans les océans selon certaines études. Ce sont des nageurs passifs, ils ne s’opposent pas aux courants. L’espèce de copépode observée par Vera Emelianenko (Metridia longa) est brinquebalée dans les océans, du détroit canadien d’Hudson aux eaux du Maine, puis jusqu’à l’Arctique.

D’après Ksenia Kosobokova, spécialiste du zooplancton de l’Arctique à l’Académie des sciences de Moscou, malgré cet itinéraire au long cours, Metridia n’a rien à faire sur les rivages de la mer Blanche. L’espèce se trouve communément plus au large, à une profondeur de 25 à 90 mètres en journée, et plus près de la surface à la nuit tombée (c’est-à-dire constamment lors des mois d’hiver).

Il est possible selon elle que les copépodes aient été pris dans un courant puissant. Deux fois par jour, quand la marée balaie le littoral, l’eau glacée et tout ce qui s’y trouve est drainé à travers des fissures présentes dans la glace et dans la neige. Pour des nageurs aussi faibles que les copépodes, il n’y pas d’issue.

Il se peut également que les marées aient été particulièrement véhémentes le jour où on les a observés pour la première fois (le 1^er décembre). La Lune était presque nouvelle et se trouvait à trois jours seulement de son périgée, le moment où elle est au plus près de la Terre. Ces deux conditions réunies, les marées ne pouvaient être que plus violentes. Mais une autre expédition menée le 16 décembre laisse penser qu’il n’y a pas forcément besoin d’attendre qu’un cycle lunaire d’une année s’achève pour que la neige se mette à luire.

POURQUOI BRILLENT-ILS ?

En général, la bioluminescence se produit lorsque la luciférine, une molécule qui piège de l’énergie, s’oxyde. Celle-ci produit alors, sans aucune intervention extérieure, une lueur très faible mais stable. Mais lorsqu’elle se combine à la luciférase, qui est une enzyme, la réaction s’accélère et la lueur connaît des soubresauts spectaculaires.

« Il y a donc deux molécules à l’intérieur d’eux, un émetteur de lumière et un accélérateur », explique Steven Haddock. Chez certains copépodes, la luciférine et la luciférase réagissent à l’intérieur du corps. Mais Metridia longa possède des glandes sur sa tête et sur son corps et « sécrète » donc de l’incandescence dans le monde. « Ils envoient ces deux molécules en même temps et forment une petite bouffée de lumière dans l’eau. » (Comment fonctionne la bioluminescence dans la nature ?)

Les chercheurs pensent que chez Metridia et chez d’autres copépodes, la bioluminescence est un moyen de défense. « On pense que la lumière pourrait surprendre les prédateurs et leur faire recracher les copépodes » ou bien les distraire assez longtemps pour que ceux-ci aient le temps de s’enfuir, affirme Todd Oakley, professeur d’écologie évolutive et de biologie marine à l’Université de Californie à Santa Barbara.

LUMIÈRES FANTOMATIQUES

Ksenia Kosobokova pense que les copépodes pris dans la neige étaient en train de s’éteindre mais qu’ils étaient encore vivants. Après tout, le plancton de l’Arctique sait résister aux températures glaciales. Mais selon certains spécialistes de la bioluminescence, il est possible qu’ils aient déjà été morts et qu’ils aient produit leur lueur bleue de manière posthume.

Comme l’apprennent bon nombre d’enfants maladroits à leurs propres dépens, les lucioles continuent de briller lorsque, par accident, on les serre trop fort.

« Cela se produit dans notre cas avec nos spécimens scientifiques, confie Steven Haddock. Vous prélevez un organisme et vous le mettez au congélateur pour l’étudier plus tard. Et quand vous l’en sortez, il se met petit à petit à briller – les produits chimiques qui se trouvent à l’intérieur de leur corps sont tout à fait capables de continuer à réagir. »

Emily Lau, en troisième cycle à l’UCSB, étudie la biochimie de la bioluminescence chez les poissons et chez un cousin crustacé du copépode, l’ostracode, qui ressemble à une graine de sésame. « On peut les faire sécher puis, après leur mort, les plonger dans l’eau et les presser très fort, et ils produiront une bioluminescence », explique-t-elle.

« Tant que cette petite molécule de luciférine est présente, la bioluminescence va se produire », ajoute-t-elle.

Selon Jørgen Berge, professeur de l’Université de Tromsø, en Norvège, spécialiste de la nuit polaire et des écosystèmes marins de l’Arctique, il est peut-être un peu tôt pour attribuer ce spectacle lumineux aux copépodes. Il a observé des dépôts similaires dans la neige sur les rives de l’archipel norvégien de Svalbard. Pour lui, les responsables sont plutôt des touffes de dinophytes, des algues unicellulaires également bioluminescentes (bien qu’il ne les ait pas testées pour connaître leur composition).

Les dinophytes sont à l’origine de plusieurs spectacles marins bioluminescents : celui des « baies phosphorescentes » de Porto Rico, où les baigneurs peuvent s’éclabousser de lumière, ou encore celui des dauphins qui laissent derrière eux des traînées luisantes et éthérées au large de la Californie. 

« Il est très facile de se laisser attirer par les plus gros organismes [d’un échantillon] », explique Jørgen Berge. Le fait d’identifier une créature capable de bioluminescence au sein de l’échantillon ne signifie pas qu’une autre, moins évidente, n’en est pas à l’origine. Mais il en convient, ces lueurs sont particulièrement brillantes, même chez les dinophytes.

La chose la plus surprenante est peut-être qu’on n’avait jamais observé de la neige luisante dans cette station biologique qui est pourtant en service depuis plus de 80 ans. Il aura fallu attendre l’expédition de Vera Emelianenko et de Mikhail Neretin, âgés respectivement de 24 et de 18 ans. Selon Ksenia Kosobokova, cela pourrait s’expliquer par le fait que la plupart des gens ne vont pas randonner dans la nuit polaire au mois de décembre pour le plaisir. L’environnement y est plutôt hostile. « Et puis il y  des ours et des loups là-haut », ajoute Alexander Semenov.

Mais l’œil attentif et la résistance au froid de nos jeunes biologistes ont été récompensés. « Il y a tant de mystères qui nous attendent, pourvu qu’on ait une curiosité d’enfant », s’émerveille Steven Haddock.

Et Alexander Semenov abonde : « Vous ne pouvez pas vous attendre à ce qu’il y ait là, sous vos yeux, une beauté dont vous n’auriez jamais imaginé l’existence. »