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Un gradateur d'eau profonde: comment les poissons utilisent la lumière comme camouflage

Davis, A.L., Sutton, T.T., Kier, W.M., Johnsen, S. 2020. Preuve que les photophores faisant face aux yeux servent de référence pour la contre-illumination dans un ordre de poissons des grands fonds. Poc. R. Soc. B 287: 20192918.

http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2019.2918

introduction

L'océan profond est l'un des endroits les plus difficiles à vivre pour tout animal. Les créatures qui vivent dans l'océan profond font face à des pressions élevées de l'eau, des températures froides, une pénurie de nourriture et un manque de lumière du soleil. Il existe trois «zones» de l'océan, qui sont définies par la quantité de lumière solaire qu'elles reçoivent. L'eau de mer se disperse et absorbe la lumière, donc plus vous allez en profondeur, plus elle devient sombre. La zone de surface est appelée «zone d'ensoleillement». C'est là que vivent la plupart des espèces marines et où le plancton, le varech et les algues sont capables de photosynthétiser. À environ 650 pieds, un poisson entrera dans ce qu'on appelle la «zone crépusculaire», où la lumière du soleil diminue rapidement avec la profondeur. À 3 300 pieds plus bas, dans la «zone de minuit», il n'y a pas de lumière autre que la lumière que les animaux eux-mêmes créent.

Les zones de l'océan dépendent de la quantité de lumière solaire qui atteint leur profondeur. Crédit: NOAA

Les zones de l'océan dépendent de la quantité de lumière solaire qui atteint leur profondeur. Crédit: NOAA

Un gros problème auquel sont confrontés les poissons dans la zone crépusculaire est de savoir comment se camoufler. Avec de faibles niveaux de soleil venant d'en haut et aucune source de lumière en dessous d'eux, les poissons apparaissent comme des silhouettes évidentes pour les prédateurs nageant en dessous et facilitent les repas. Cependant, certaines familles de poissons, telles que les poissons-dragons, les poissons-lanternes et les hachettes, utilisent compteur-éclairage pour se camoufler des prédateurs ci-dessous.

Un poisson de haute mer avec des photophores ventraux. Crédit: DEEPEND

La contre-illumination se produit lorsqu'un animal émet de la lumière depuis sa face inférieure pour éviter d'être vu d'en bas. Les poissons capables de contre-éclairer ont des organes spéciaux appelés photophores sur leur moitié inférieure, ou côté ventrale, pour créer de la lumière. Ils créent cette lumière soit par une réaction chimique, soit par un relation symbiotique avec des bactéries qui vivent dans le photophore.

Mais comment les poissons savent-ils à quel point leurs photophores devraient être brillants? Tout comme sur terre, la lumière dans l'océan fluctue en fonction de facteurs tels que la météo et l'heure de la journée. Ces poissons peuvent ajuster la force de la lumière produite par leurs photophores pour correspondre à l'intensité de la lumière provenant du dessus d'eux, mais la plupart des poissons ont des yeux tournés vers l'avant, il n'y a donc aucun moyen pour eux de voir la lumière qu'ils produisent sur la face ventrale. côté de leur corps. Davis et ses co-auteurs ont cherché à résoudre ce mystère en regardant des photophores trouvés sur les visages de ces poissons des grands fonds.

Qu'ont-ils trouvé?

Davis et ses co-auteurs ont utilisé 21 poissons qui ont été collectés et préservés lors de croisières de recherche entre 2009 et 2017 dans le golfe du Mexique, ainsi que 15 spécimens préservés qu'ils ont empruntés au Smithsonian Museum of Natural History. Ils ont ciblé des espèces spécifiques qui avaient des photophores autour des yeux, mais n'ont pas utilisé les photophores sur leur visage comme «lumière de recherche». Les espèces qui ont utilisé des photophores comme lumière de recherche utilisent la lumière qu'ils produisent comme lampe de poche pour attirer et chasser des proies, comme le poisson pêcheur de Finding Nemo.

Trois images de poissons dans Davis et al. étude. Les flèches indiquent la direction de la lumière des photophores, se déplaçant vers les yeux du poisson.

Trois images de poissons dans Davis et al. étude. Les flèches indiquent la direction de la lumière des photophores, se déplaçant vers les yeux du poisson.

Une fois qu'ils ont collecté et décrit ces poissons et leur relation les uns avec les autres, ils ont examiné la direction dans laquelle les photophores étaient tournés à l'aide d'un microscope et d'une version miniature d'un scanner. Ils ont trouvé des photophores qui faisaient face aux yeux du poisson dans toutes les espèces qui avaient des photophores utilisés pour le camouflage. Tous ces photophores faisant face aux yeux étaient également entourés d'une couche de mélanine, le même pigment qui est responsable de la détermination de la couleur de la peau humaine et de la couleur des cheveux. Cette couche de mélanine a concentré la lumière des photophores vers les yeux du poisson. Chez certaines espèces de poissons, l'œil s'était adapté pour avoir une ouverture spéciale dans sa lentille, appelée le écart aphaque, qui était aligné avec la lumière produite par leurs photophores.

Les chercheurs ont conclu que les poissons qui avaient des photophores orientés vers les yeux les utilisaient comme outil d'étalonnage pour correspondre à l'intensité de la lumière autour d'eux. Ils ont utilisé ce photophore spécialisé comme indicateur de la luminosité de leurs photophores ventraux, puis ont pu ajuster la lumière qu'ils produisaient pour éliminer leurs silhouettes.

Pourquoi est-ce important?

Cette recherche est un excellent exemple de la façon dont les scientifiques utilisent morphologie, ou la forme d'un animal, pour voir comment il est lié aux autres animaux et comment son corps a évolué au fil du temps. Davis et ses co-auteurs ont pu interpréter que ces deux traits, ayant des photophores sur le ventre et des photophores face aux yeux, ont évolué de manière dépendante. Évolution des traits dépendants se produit lorsque deux traits liés l'un à l'autre évoluent en même temps. Parce que les photophores sur le visage des poissons déterminaient comment ils étaient capables de contrôler leur contre-éclairage, et qu'un meilleur contre-éclairage conduisait à un meilleur camouflage, les poissons qui avaient évolué pour avoir ces deux traits avaient une plus grande chance de survie et une plus grande opportunité. se reproduire pour transmettre ces traits à leur progéniture.

Je suis actuellement candidat à la maîtrise en sciences de l’environnement et des océans à l’Université de San Diego, et j’étudie la viscosité du phytoplancton à l’aide d’images 3D. En suivant les collisions de phytoplancton, je peux voir à quel point elles sont collantes en observant la fréquence à laquelle elles restent ensemble lorsqu'elles se heurtent au lieu de rebondir les unes sur les autres. Quand je ne travaille pas sur ma thèse, vous pouvez me trouver sur la plage, en train de lire un livre ou de travailler sur une peinture!

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