Pour la première fois, une équipe de chercheurs de l’Université de Stanford et de la Scripps Institution of Oceanography de l’UC San Diego a découvert un lien génétique direct entre la fluorescence et la couleur des anémones de mer, ces créatures molles et tentaculées des mares souvent rencontrées par les baigneurs.
Dans un article complet, l’équipe met en lumière le rôle mystérieux des protéines fluorescentes et la variation de couleur au sein d’un groupe d’anémones de mer vivant dans les zones intertidales de la côte Pacifique de l’Amérique du Nord. Ces anémones de mer – appartenant au genre Anthopleura et communément appelées anémones de mer sunburst – présentent une variation génétique de couleur qui va du vert néon vibrant à des teintes olive ou gris-vert plus discrètes.
Les chercheurs ont découvert que la variation de couleur, ou polymorphisme, des anémones est contrôlée par différentes versions d’un seul gène de protéine fluorescente. L’étude a également révélé que les protéines fluorescentes ne sont pas là uniquement pour le spectacle ; ils fonctionnent comme de puissants antioxydants, protégeant les cellules des dommages oxydatifs, qui constituent le type de stress le plus courant pour les cellules.
Les facteurs de stress courants pour les anémones de mer et d’autres organismes de la zone de marée comprennent l’exposition continue au soleil, la dessiccation et la présence de radicaux oxygène générés par la photosynthèse.
Les résultats ont été publiés dans le Actes des Académies nationales des sciences.
« La question à laquelle nous essayions essentiellement de répondre avec cette étude était : « Qu’est-ce qui rend ces anémones de mer au néon si frappantes ? » Cela nous a conduit à enquêter sur le monde fascinant des protéines fluorescentes, qui sont restées un mystère jusqu’à présent », a déclaré l’auteur principal Nat Clarke, maintenant chercheur postdoctoral au MIT qui a mené la recherche alors qu’il était doctorant. étudiant à l’Université de Stanford.
« Cette étude met en lumière les rôles multifonctionnels des protéines fluorescentes dans la nature, en équilibrant leurs propriétés spectrales avec leurs rôles physiologiques vitaux. »
L’équipe s’est tournée vers la plateforme communautaire iNaturalistequi permet aux scientifiques citoyens de documenter la biodiversité dans leur quête de localisation des anémones de mer vert fluo, parfois rares.
À partir de milliers d’observations géolocalisées d’anémones de mer Anthopleura, il a été constaté que la prévalence la plus élevée de la coloration néon se trouvait en Californie du Nord, avec jusqu’à 10 % de la population trouvée dans cette teinte, tandis que leur abondance diminuait à moins de 1 % autour de San Francisco. Diégo.
Tout a commencé par une observation frappante
L’inspiration pour le projet de recherche a commencé en 2008 lorsque John Pearse, professeur à la retraite de l’UC Santa Cruz, explorait les bassins de marée de la baie de Monterey et a fait une observation profonde : parmi les foules d’anémones de mer aux tons sourds, une seule avait une couleur vert fluo vibrante. coloration.
Après cette première rencontre, il revint vérifier la créature fluorescente à plusieurs reprises au cours de nombreuses années, constatant qu’elle conservait sa coloration frappante quelle que soit la période de l’année et malgré les variations des niveaux de lumière et des conditions de marée, suggérant que cette couleur étrange n’était pas le résultat. de facteurs environnementaux ou externes.
Expert en biologie des anémones de mer et autres invertébrés marins, Pearse était curieux d’en savoir plus sur l’anémone verte fluo : pourquoi était-elle plus fluorescente que les autres de la même espèce (et était-ce la même espèce ?), vivant à la au même endroit, sur le même rocher ?
Il a fait appel à son épouse Vicki Pearse, une experte de premier plan en anémones basée à la station marine Hopkins de l’Université de Stanford, et à d’autres collègues pour enquêter sur la question. John Pearse a également été co-auteur de l’étude, bien que il est décédé avant sa publication.
La partie travail sur le terrain de l’étude a commencé en 2016, avec Clarke et Pearse collectant des échantillons de tentacules d’anémones de couleur néon et non néon dans la zone intertidale près de la station marine Hopkins à Pacific Grove, en Californie. Clarke a ensuite utilisé une suite d’outils moléculaires pour isoler et séquencer la protéine fluorescente.
Examiner la biofluorescence en laboratoire
La partie biofluorescence de la recherche a été réalisée par Dimitri Deheyn, biologiste marin de Scripps Oceanography, et par des membres du Deheyn Lab, spécialisé dans l’examen de la production de lumière et de la manipulation de la lumière dans les organismes. Les chercheurs ont effectué une analyse spectrale de la protéine nouvellement identifiée à l’aide d’un spectrophotomètre, un outil qui examine les propriétés de la lumière sur différents spectres.
Chez de nombreuses espèces, les variations de couleur sont considérées comme des traits phénotypiques ou observables, résultant de facteurs tels que des régimes alimentaires diversifiés ou des adaptations à différents environnements. Par exemple, les espèces exposées à des niveaux de lumière plus élevés présentent souvent une pigmentation plus foncée. Les chercheurs ont été surpris de constater que la variation de couleur au sein de ces anémones de mer n’était pas considérée comme un trait phénotypique mais plutôt génotypique lié à un gène de protéine fluorescente particulier.
« C’est le premier cas où nous observons une protéine fluorescente dictant la couleur d’une anémone de mer ou de toute espèce d’invertébré marin », a déclaré Deheyn, auteur principal de l’article. « Le fait que la coloration soit strictement liée à un gène très spécifique la rend encore plus intrigante et remet en question les hypothèses de la plupart des observateurs sur le terrain. »
Rôle protecteur des protéines fluorescentes
Les chercheurs ont démontré que les protéines fluorescentes des anémones sont de puissants antioxydants capables de protéger les cellules vivantes contre le stress oxydatif. Chez l’homme, le stress oxydatif peut déclencher des migraines, mais la consommation d’antioxydants comme les myrtilles et le chocolat noir peut aider à gérer et à prévenir ce stress.
« Sur la base des données, nous pensons que la protéine fluorescente aide les anémones de mer à faire face à tous les stress variables qu’elles subissent, et qu’elle leur permet essentiellement de « sortir les déchets » de la réaction de photosynthèse d’une manière qui la détoxifie ainsi. ça ne leur fait pas de mal », a déclaré Clarke. « Ce double rôle des protéines fluorescentes – en tant qu’agents à la fois de coloration et de défense cellulaire – met en évidence les façons sophistiquées dont la vie marine s’adapte aux défis de son environnement. »
Selon les chercheurs, l’étude souligne l’importance de la science citoyenne et encourage les membres du public à continuer de partager leurs observations d’anémones de mer vert fluo – et d’autres formes de biodiversité – via iNaturalist.
« Grâce au dévouement et aux efforts des scientifiques citoyens, nous pouvons mieux comprendre la répartition des populations d’anémones de mer, le patrimoine génétique de ces organismes et bien plus encore », a déclaré Deheyn. « Chaque observation, aussi petite ou insignifiante soit-elle, joue un rôle crucial dans l’élargissement de nos connaissances et de notre appréciation du monde naturel. »
Plus d’information:
D. Nathaniel Clarke et al, Les protéines fluorescentes génèrent un polymorphisme génétique de couleur et neutralisent le stress oxydatif chez les anémones de mer intertidales, Actes de l’Académie nationale des sciences (2024). DOI : 10.1073/pnas.2317017121