Des microalgues peuvent détecter une source lumineuse à partir d'un seul photon

Publié par Isabelle le 02/07/2022 à 13:00
Source: CNRS INSIS
Le plancton se déplace en fonction de la lumière, grâce à une surprenante capacité de détection. Des chercheurs du laboratoire Matière et systèmes complexes ont en effet montré qu'un seul photon pouvait suffire à attirer des microalgues de type Chlamydomonas reinhardtii. Ces travaux pourraient aider à faciliter la culture (La Culture est une civilisation pan-galactique inventée par Iain M. Banks au travers de ses...) des algues et nous éclairer sur la formation des marées vertes.


Exemple colorisé d'auto-organisation d'algues face à une lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) hétérogène.
© Ramamonjy et al.

Dans le monde (Le mot monde peut désigner :) du plancton (Homère désignait les animaux errant à la surface des flots par plankton, du grec...) et des microalgues, Chlamydomonas reinhardtii est bien connue des chercheurs. Elle est en effet utilisée comme modèle pour la photosynthèse (La photosynthèse (grec φῶς phōs, lumière et...) des organismes unicellulaires depuis une cinquantaine d'années, ainsi que dans des travaux de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) comme modèle de nageur. Ces algues peuvent également être mutées pour produire du biohydrogène ou des molécules d'intérêt pharmaceutique, ce qui se fait pour l'instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas...) en laboratoire en attendant un passage à l'échelle industrielle. Un des obstacles, rencontré plus généralement dans la culture (La définition que donne l'UNESCO de la culture est la suivante [1] :) des microalgues, vient de la nécessité de constamment brasser l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) dans laquelle elles sont en suspension ( Le fait de suspendre des particules En chimie, la suspension désigne une dispersion de...). La phototaxie, c'est-à-dire la capacité des algues à se déplacer vers une source de lumière, pourrait être utilisée pour créer de tels mouvements à moindre coût énergétique.

En étudiant le phénomène, des chercheurs du laboratoire Matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) et systèmes complexes (MSC (En France un MSc est un diplôme d’enseignement supérieur accrédité par...), CNRS/Université Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...) Cité) ont montré que les Chlamydomonas reinhardtii sont si sensibles à la lumière qu'elles en détectent des sources n'ayant émis qu'un seul photon (En physique des particules, le photon (souvent symbolisé par la lettre γ — gamma)...), puis se dirigent vers elles si elles en reçoivent au moins un toutes les dix secondes. Les populations d'algues peuvent également s'autoorganiser face à un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) lumineux non uniforme, créant ainsi des motifs surprenants. Ces résultats sont publiés dans la revue Physical Review Letters.

Les scientifiques ont placé ces algues dans des boîtes de Petri plongées dans le noir. Comme pour le développement de photographies, une lumière rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait...) est tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) de même présente pour pouvoir observer les manipulations: les algues ne sont pas capables de détecter cette couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes...), qui ne perturbe donc pas les mesures. Chlamydomonas reinhardtii est par contre sensible à la lumière verte. Un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique)...) de cette teinte a été utilisé et, après un passage par un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) de filtres et de lentilles, il n'en reste plus qu'un infime faisceau.

C'est ainsi que les chercheurs ont pu mener leurs expériences et constater les réactions de Chlamydomonas reinhardtii. L'équipe poursuit ces travaux, notamment pour mesurer l'impact de la vitesse (On distingue :) des écoulements sur les divisions cellulaires des microalgues, où encore pour tester leur réaction à des faisceaux lumineux de différentes formes. Ces études pourraient également aider à mieux comprendre la formation des marées vertes, qui sont davantage dues à un problème de migration des algues sous l'effet de la lumière qu'à leur seule prolifération.

Références:
Nonlinear Phototaxis and Instabilities in Suspensions of Light-Seeking Algae
Aina Ramamonjy, Julien Dervaux, and Philippe Brunet.
Physical Review Letters, 2022.
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.258101

Contacts:
- Julien Dervaux - Chargé de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) au CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...), laboratoire Matière et systèmes complexes (CNRS, Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) Paris Cité) - julien.dervaux at univ-paris-diderot.fr
- Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) INSIS - insis.communication at cnrs.fr
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