Les modes de vie aident les humains et les autres animaux à rester en phase avec la nature et en bonne forme.
Pendant plusieurs jours après chaque pleine lune de novembre, un spectacle merveilleux se produit sur la Grande Barrière de Corail en Australie : les coraux libèrent dans l’eau des milliards d’œufs et de sperme qui s’unissent pour former des larves flottant librement. Ceux-ci finissent par s’installer, ensemençant de nouvelles colonies de coraux.
Les coraux ne sont pas les seules créatures à synchroniser leur reproduction à la lumière de la lune. Ces rythmes sont généralement régis par des horloges circalunaires, une forme d’horloge biologique contrôlée par des protéines et adaptée au cycle de 29,5 jours entre les nouvelles lunes.
Synchronisations
La plupart des organismes multicellulaires ont, ou sont censés avoir, une sorte d’horloge biologique intégrée et de nombreux processus importants, y compris l’alimentation et la reproduction, reposent sur des horaires précis. La capacité de rester « synchronisé » est la clé de la survie.
« Comprendre comment l’interconnexion temporelle des individus au sein et entre les espèces fonctionne est essentielle pour des systèmes écologiquement stables », a déclaré le professeur Kristin Tessmar-Raible, neurobiologiste à l’Université de Vienne en Autriche.
Une autre forme d’horloge biologique, peut-être plus familière, l’horloge circadienne, module le cycle veille-sommeil quotidien de 24 heures en réponse à des signaux environnementaux tels que la lumière et la température. Le nom de l’horloge vient des mots latins « circa », qui signifie « autour » et « dies », qui signifie « jour ».
Ce système complexe régule tout, du sommeil et de la digestion au métabolisme et à l’humeur. Les chercheurs mettent en lumière les facteurs environnementaux susceptibles de désynchroniser ces rythmes biologiques.
Mais beaucoup de choses sur la « chronobiologie » restent inconnues, y compris les mécanismes impliqués au niveau génétique et moléculaire.
Signaux clair de lune
Pour approfondir, Tessmar-Raible a étudié les rythmes circalunaires chez les animaux océaniques dans le cadre du Maritime projet d’une durée de cinq ans jusqu’en 2024.
L’un de ses centres d’intérêt est un ver marin appelé Platynereis dumerilii, qui habite les eaux côtières des mers tempérées aux mers tropicales.
« Le plus gros point à retenir jusqu’à présent est que nous avons découvert un photorécepteur – ou cellule de détection de la lumière – qui fournit à l’organisme des informations sur le type de lumière et la durée du clair de lune dans le ciel », a déclaré Tessmar-Raible.
La protéine L-Cry identifiée par les chercheurs appartient à un groupe de molécules sensibles à la lumière appelées cryptochromes. La protéine est importante car elle peut aider à expliquer comment les organismes sont capables de se synchroniser à une phase de lune spécifique.
La recherche suggère que L-Cry agit comme un gardien qui ne permet qu’à la « bonne » lumière d’affecter les vers. Il peut également faire la distinction entre les niveaux de lumière dans différentes phases lunaires et entre la lumière du soleil et le clair de lune.
« Cela peut expliquer comment les vers individuels sont capables de synchroniser leur horloge circalunaire avec la même phase de lune », a déclaré Tessmar-Raible. « Nous avons découvert que le clair de lune, outre son rôle dans la synchronisation mensuelle, programme également l’heure exacte du début de l’essaimage nocturne aux heures les plus sombres de la nuit, probablement pour optimiser la survie et la reproduction. »
L’espoir est que Mari.Time offrira de nouveaux indices sur la façon dont les influences humaines telles que la lumière artificielle et le changement climatique affectent la stabilité des écosystèmes et suggérera des moyens de réduire les effets.
Le projet pourrait même aider la recherche sur la santé humaine étant donné les preuves croissantes que la lune affecte des choses comme le sommeil et la dépression.
« De nombreuses hormones dans les espèces de vers que nous étudions ont des homologues humains étroitement liés », a déclaré Tessmar-Raible.
Elle a déclaré que la recherche des mécanismes du cycle lunaire chez les espèces marines pourrait améliorer la compréhension d’autres modèles mensuels. Ceux-ci incluent le cycle menstruel et les modèles d’humeur dans certains troubles mentaux.
Nuit et jour
La professeure Johanna Meijer, qui étudie les horloges biologiques à l’Université de Leiden aux Pays-Bas, étudie les rythmes circadiens chez les animaux depuis plus de 30 ans.
Selon elle, il reste beaucoup à découvrir sur l’horloge circadienne, y compris son fonctionnement chez les espèces diurnes ou diurnes actives comme les humains.
On en sait beaucoup plus sur les animaux nocturnes car ces espèces, comme les souris normalement utilisées dans les laboratoires, ont été plus faciles à examiner au niveau moléculaire, selon Meijer.
Le DiurneSanté projet qu’elle dirige explore les différences entre les animaux diurnes et nocturnes.
Les rythmes circadiens sont régulés par un groupe de cellules nerveuses dans l’hypothalamus connu sous le nom de noyau suprachiasmatique (SCN), qui sert d’horloge maîtresse du corps.
Parce qu’il est sensible à la lumière, le SCN aide à réguler le cycle veille-sommeil en se synchronisant avec le cycle lumière-obscurité naturel de l’environnement.
Lorsque le SCN est perturbé, comme lors de voyages longue distance ou de travail posté, il est prouvé qu’il peut entraîner une série de problèmes de santé, notamment des troubles du sommeil, la dépression, le diabète et même le cancer.
Les travaux pionniers de Meijer sur le SCN chez les rongeurs diurnes tels que le rat d’herbe soudanien et une espèce d’écureuil terrestre diurne fournissent de nouvelles informations sur la façon dont les rythmes circadiens sont générés et synchronisés.
La recherche offre également des informations sur la manière dont les signaux environnementaux tels que la lumière, la température et l’activité physique sont utilisés pour affiner l’horloge interne du corps.
« Le SCN peut percevoir l’entrée lumineuse et également l’entrée comportementale, et cette entrée comportementale peut renforcer l’horloge », a déclaré Meijer. « N’est-ce pas incroyable? Donc, notre propre comportement fait en fait partie d’une boucle de rétroaction. »
Cela signifie que des signaux externes pourraient potentiellement être utilisés pour corriger les perturbations des rythmes internes du corps. La lumière est le premier candidat, mais d’autres facteurs tels que l’exercice, la température et les heures de repas jouent également un rôle.
Niveaux de lumière, couleurs
Les percées dans la technologie d’imagerie exploitées par l’équipe ont permis d’observer le SCN avec des détails sans précédent.
Les résultats suggèrent que les cellules des rongeurs diurnes sont moins sensibles à la lumière que celles de leurs cousins nocturnes.
« Cela indique que pour que les animaux diurnes et les humains aient suffisamment de lumière pour leur horloge, ils ont besoin de plus qu’un animal nocturne », a déclaré Meijer.
Dans des recherches distinctes, les niveaux de lumière semblent influencer la synthèse de la sérotonine chez les rats diurnes plus fortement que chez les rats nocturnes. Comme la sérotonine affecte l’humeur, les émotions et l’appétit, de telles découvertes peuvent avoir des implications pour des troubles humains comme la dépression.
L’équipe a également trouvé des preuves plus directes que l’horloge circadienne est affectée par différentes couleurs de lumière, et pas seulement par la partie bleue du spectre visible souvent accusée des effets nocifs des veilleuses artificielles et des écrans sur les appareils électroniques.
La lumière bleue est connue pour perturber les rythmes circadiens et laisser les gens se sentir alertes au lieu d’être fatigués. Mais, parmi les couleurs testées par l’équipe, la lumière verte et orange a également affecté l’horloge circadienne et seul le violet a montré peu d’impact.
« C’est un peu un avertissement que, si vous ne voulez pas déranger votre horloge, vous ne pouvez pas rester à l’écart de la lumière bleue », a déclaré Meijer.
Implications à l’échelle de la Terre
Ce qui ressort des deux projets est une compréhension beaucoup plus détaillée des mécanismes précis des horloges biologiques internes chez les êtres vivants et de leur importance pour le fonctionnement des êtres humains et des autres animaux.
Les résultats pourraient conduire à de nouvelles recommandations efficaces pour améliorer les modes de vie et protéger les environnements naturels.
Meijer a souligné l’importance de la façon dont ces choses affectent non seulement les gens mais aussi tous les écosystèmes.
« Après des milliards d’années d’évolution, le cycle lumière-obscurité est bon pour les animaux », a-t-elle déclaré. « Maintenant, nous projetons de la lumière sur la Terre comme si elle était inoffensive – et ce n’est pas le cas. »