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          Une réaction bioluminescente entre la luciférine et la luciférase est une réaction biochimique, ou la luciférine est l'espèce chimique responsable de la production de lumière et la luciférase sert à catalyser la réaction. La molécule de luciférine est créée sous une forme énergétique excitée, ce qui entraîne cette molécule à émettre cet excès d'énergie sous forme lumineuse lorsque la molécule réagit avec l'oxygène. La luciférase catalyse, accelère, la réaction. Un photon de lumière est produit pour chaque molécule de luciférine consommée. La luciférase effectue cette reaction des centaines de fois par seconde et continue jusqu'à ce que toutes les molécules de luciférine soient consommées. Cela explique pourquoi les planctons peuvent seulement briller 3 fois par cycle nocturne. Les molécules de luciférine sont créées pendant la journée. Pour mesurer cette bioluminescence il faut utiliser un luminomètre. Pour nos expériences, nous n'avons pas eu accès à ce matériel, donc nous avons dû utiliser un spectrophotomètre, c'est pourquoi nous n'avons pas pu mesurer la luminosité de l'expérience entre la luciférine et la luciférase des lucioles.  

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          Il existe deux méthodes de production de bioluminescence qui utilisent la luciférine/luciférase :  

a. Relation symbiotique

ii. Luciférine-luciférase

          Non seulement les planctons produisent notre dioxygène, mais une chercheuse océanographique, Clare Reimers d’Oregon State University, a trouvé que la décomposition des planctons sur le sol de l'océan peut être convertie en carburant et éventuellement en énergie électrique. En effet, il y a une oxydation du sulfure (un anion du souffre) dissous dans l’eau, lors de la décomposition naturelle de micro-organismes (planctons) dans la mer et dans les sédiments. Lorsque cette oxydation a lieu, un courant est créé avec la respiration cellulaire des zooplanctons attachés aux cathodes. Les électrons des nouveaux ions formés lors de l'oxydation, peuvent ensuite circuler librement entre deux électrodes. Des anodes en graphite sont placées dans le sédiment, puis sont ensuites connectées à des cathodes en graphite placées dans l’eau de mer.

         

     Il y a donc une instabilité électrique entre la mer et les sédiments, ce qui permet une circulation électrique qui pourrait être exploitée. De plus, comme les sédiments sont constamment renouvelés par les courants océaniques, cette énergie est quasiment illimitée. Même si cette énergie est faible et ne sera peut être pas utilisable sur la Terre, elle pourra être très utile pour des équipements aquatiques immobiles, par exemple des stations pétrolières marines ou même par les hydrophones utilisés par la marine militaire américaine.

         Dans ce schéma la solution électrolyte représentera l’eau de mer salee, l’anode sera placé dans le sédiment alors que le cathode sera dans l’eau de mer. Ce montage fonctionnera donc comme une pile.

B) APPLICATIONS ÉNERGÉTIQUES DES PLANCTONS

Énergie électrique

A) EXPÉRIENCE

INTRODUCTION

          Les phytoplanctons sont des microalgues qui ressemblent fortement aux plantes terrestres. Ils ont la capacité de photosynthèse, ce qui est extrêmement important pour notre air. En captant l'énergie solaire, ils pompent le dioxyde de carbone de l'atmosphère, tout en produisant environ 50 % de l'oxygène que les êtres vivants consomment. 

 

      Il existe aussi des zooplanctons (plancton qui se nourrit d'organismes vivants) bioluminescent. Ces zooplanctons ont un rythme circadien, donc ils brillent seulement la nuit. Ils font cela pour être mieux vu par les poissons qui vont les avaler, car une fois dans l’abdomen du poisson les planctons peuvent mieux se reproduire, puisque c’est un milieu chaud. Deuxièmement, quand ils ne cherchent pas à reproduire, ils émettent de la lumière, afin d'intimider leurs prédateurs.  

Introduction
Expérience
Applications
Conclusion

Énergie lumineuse

i. Iridescence 

          La lumière diffusée par les planctons est caractérisée comme une source froide, qui émet des couleurs bleues et vertes, donc aux alentours de 400 nm à 650 nm. Ces longueurs d’ondes sont capables de se propager très loin dans l’eau de mer. Certains planctons comme les cténophores possèdent des rangés de peignes locomoteurs qui produisent de la lumière par iridescence.

La deuxième méthode est la capacité de l’animal de produire la lumière lui même grace à une reaction chimique luciferin/luciferase à l'intérieur d’un de ses photophores.  

Les amphipods sont des types de planctons qui produisent de la lumière grâce aux photophores. Ils émettent la lumière après stimulations pendant une période de 3 à 800 ms.

II. Étude de la production d'énergie
par les planctons

CONCLUSION

           La lumière émise par les planctons est caractérisée comme une source froide, qui émet des couleurs perçues de bleu et de vert, donc aux alentours de 400 nm à 650 nm. Ces longueurs d’ondes sont capables de voyager le plus loin dans l’eau de mer.

b. Photophores

          Certaines espèces peuvent acquérir une relation symbiotique avec des bactéries luminescentes qui sont cultivées à l'intérieur de photocytes. Une relation symbiotique est « une relation à long terme quand deux espèces vivent ensemble dans la même écosystème » et les photocytes sont des cellules qui catalysent une enzyme qui produit de la lumière. Les photocytes fonctionnent généralement dans une organe plus grand appelé photophore, qui émet la lumière produite par les photocytes.

Phytoplanctons

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Zooplanctons

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LEXIQUE

Un cathode est un électrode duquel un courant électrique conventionnel quitte un appareil électrique polarisé

Un électrode est l'extrémité d'un conducteur électrique libérant ou captant un courant électrique

Électrode:

Une lumière de source froide est une lumière émise d'une origine non thermique, qui a un spectre discontinu. 

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Type de spectre discontinu: 

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Luminomètre:  

Ce détecteur fonctionne grace à  deux composants. Le premier composant mesure la concentration du réactif limitant de la réaction bioluminescente. Le deuxième composant mesure la luminosité constante du background. En mettant ces donnés ensemble le luminomètre peut mesurer l'intensité de la réaction bioluminescente. 

Cathode: 

Anode: 

Un anode est un électrode duquel un courant électrique conventionnel traverse.

Lexique

Cette luminescence est intra-glandulaire. Les photophores se présentent alors comme des organes possédant des écrans, des lentilles et des réflecteurs, qui sont associés à des groupes de cellules émettrices, les photocytes.

Schéma d'un Photophore

Source Froide: 

          Les planctons ont deux utilités énergétiques potentielles. On peut envisager dans le futur proche, l’utilisation de l'électricité produite par la décomposition des planctons Une pile construite à partir du principe d'échanges d'électrons entre les sédiments et l’eau de mer peut alimenter une balise GPS, ou un hydrophone (microphone qui est employé sous l'eau pour écouter ou enregistrer un son), qui sont deux machines immobiles.

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     Il existe deux mécanismes de production de lumière chez les planctons: l'iridescence et la réaction luciférine/luciférase. L'iridescence n’a pas beaucoup d’applications envisageables. Elle pourrait servir comme moyen de réfracter la lumière, par exemple pour les cyclistes, pour qu’ils soient vu la nuit. La reaction entre luciférine/luciferase peut etre utiliser comme moyen naturel de produire de la lumière dans des lampes de secours, ou des lampes decoratives. Comme ces molécules sont synthétisable, elles peuvent créer une lumière faible beaucoup plus écologique que les lampes à incandescence. En revanche, la lumière produite par cette réaction est trop faible pour éclairer une salle et elle est trop courte. (Elle dure environ une vingtaine de secondes). Il faut donc trouver un moyen de l'allonger. 

Sources

Sources

Sites et Journaux Scientifiques

Photos

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