Les chercheurs ont découvert que les porcs possèdent une protéine unique sensible à la lumière dans leur peau, leur permettant de changer de couleur. L’étude suggère que ces poissons peuvent surveiller leurs propres changements de couleur de peau, ce qui leur permettrait peut-être de s’adapter plus efficacement à leur environnement.
Les chercheurs pensent désormais savoir pourquoi.
Il y a plusieurs années, lors d’une expédition de pêche dans les Keys de Floride, la biologiste Lori Schweikert s’est retrouvée face à face avec un changement rapide et inhabituel. Elle a attrapé un poisson de récif au museau pointu connu sous le nom de porc et l’a placé sur le pont de son bateau. Cependant, lorsqu’elle envisagea plus tard de le transférer dans une glacière, elle observa un phénomène particulier : sa peau avait pris la même couleur et le même motif que le pont du bateau.
Poisson commun dans l’ouest de l’océan Atlantique, de la Caroline du Nord au Brésil, le porc est connu pour sa peau aux couleurs changeantes. Le espèces peut passer du blanc au marbré au brun rougeâtre en quelques millisecondes pour se fondre dans les coraux, le sable ou les rochers.
Schweikert était néanmoins surpris car ce porc avait continué à se camoufler même s’il n’était plus vivant. Cela l’a amenée à se demander : les porcs peuvent-ils détecter la lumière en utilisant uniquement leur peau, indépendamment de leurs yeux et de leur cerveau ?
« Cela m’a ouvert tout ce domaine », a déclaré Schweikert.
Dans les années qui ont suivi, Schweikert a commencé des recherches sur la physiologie de la « vision cutanée » en tant que chercheur postdoctoral à l’Université Duke et à l’Université internationale de Floride. En 2018, Sönke Johnsen, biologiste à Schweikert et Duke, a publié une étude montrant que les porcs sont porteurs d’un gène pour une protéine sensible à la lumière appelée opsine qui est activée dans leur peau et que ce gène est différent des gènes d’opsine trouvés dans leurs yeux.
Un poisson de récif au museau pointu appelé porc peut passer du blanc au brun tacheté en passant par le rougeâtre en fonction de son environnement. Crédit : Photos gracieuseté de Dean Kimberly et Lori Schweikert
Il a été découvert que d’autres animaux aux couleurs changeantes, des poulpes aux geckos, produisaient également des opsines sensibles à la lumière dans leur peau. Mais on ne sait pas exactement comment ils les utilisent pour changer de couleur.
« Quand nous l’avons trouvé dans le porc, j’ai regardé Sönke et j’ai dit : Pourquoi avoir un détecteur de lumière dans la peau ? » a déclaré Schweikert, maintenant professeur adjoint à l’Université de Caroline du Nord à Wilmington.
Une hypothèse est que la peau sensible à la lumière aide les animaux à comprendre leur environnement. Mais de nouvelles découvertes suggèrent une autre possibilité : « qu’ils pourraient l’utiliser pour se visualiser », a déclaré Schweikert. Dans une étude récemment publiée dans la revue Communications naturellesSchweikert, Johnsen et leurs collègues se sont associés pour examiner de plus près la peau du porc.
Les chercheurs ont prélevé des morceaux de peau sur différentes parties du corps du poisson et les ont photographiés au microscope.
De près, la peau d’un porc ressemble à une peinture pointilliste. Chaque point de couleur est une cellule spécialisée appelée chromatophore contenant des granules de pigment qui peuvent être rouges, jaunes ou noirs. C’est le mouvement de ces granules pigmentaires qui change la couleur de la peau. Lorsque les granules se répartissent dans la cellule, la couleur apparaît plus foncée. Lorsqu’elles se regroupent en un petit point difficile à voir, la cellule devient plus transparente.
Ensuite, les chercheurs ont utilisé une technique appelée immunomarquage pour localiser les protéines opsine dans la peau. Ils ont découvert que chez le porc, les opsines ne sont pas produites dans les cellules chromatophores qui changent de couleur. Au lieu de cela, les opsines résident dans d’autres cellules directement en dessous d’elles.
Les images prises au microscope électronique à transmission ont révélé un type de cellule jusqu’alors inconnu, juste en dessous des chromatophores, rempli de protéine opsine. Cela signifie que la lumière frappant la peau doit d’abord traverser les chromatophores remplis de pigments avant d’atteindre la couche sensible à la lumière, a expliqué Schweikert.
Vue au microscope, la peau d’un porc ressemble à une peinture pointilliste. Chaque point de couleur est une cellule spécialisée contenant des granules pigmentaires qui peuvent être rouges, jaunes ou noirs. Les granules de pigment peuvent s’étaler ou se regrouper étroitement dans la cellule, rendant la couleur plus foncée ou plus transparente. Crédit : Lori Schweikert, Université de Caroline du Nord à Wilmington
Les chercheurs estiment que les molécules d’opsine présentes dans la peau du porc sont les plus sensibles à la lumière bleue. Il s’agit de la longueur d’onde de la lumière que les granules pigmentaires des chromatophores du poisson absorbent le mieux. Les résultats suggèrent que les opsines sensibles à la lumière du poisson agissent un peu comme un film Polaroid interne, capturant les changements de lumière qui sont capables de filtrer à travers les cellules remplies de pigments au-dessus lorsque les granules de pigment se regroupent ou se déploient.
« Les animaux peuvent littéralement prendre une photo de leur propre peau de l’intérieur », a déclaré Johnsen. « D’une certaine manière, ils peuvent dire à l’animal à quoi ressemble sa peau, puisqu’il ne peut pas vraiment se pencher pour regarder. »
« Juste pour être clair, nous ne prétendons pas que la peau du porc fonctionne comme un œil », a ajouté Schweikert. Les yeux font plus que simplement détecter la lumière : ils forment des images. « Nous n’avons aucune preuve suggérant que c’est ce qui se passe dans leur peau », a déclaré Schweikert.
Il s’agit plutôt d’un mécanisme de rétroaction sensorielle qui permet au porc de surveiller sa propre peau à mesure qu’elle change de couleur et de l’ajuster avec précision pour l’adapter à ce qu’il voit avec ses yeux.
« Ils semblent observer leur propre changement de couleur », a déclaré Schweikert.
Les chercheurs affirment que ces travaux sont importants car ils pourraient ouvrir la voie à de nouvelles techniques de retour sensoriel pour des dispositifs tels que des membres robotiques et des voitures autonomes qui doivent affiner leurs performances sans s’appuyer uniquement sur la vue ou les images des caméras.
« La rétroaction sensorielle est l’une des astuces que la technologie essaie encore de comprendre », a déclaré Johnsen. « Cette étude est une belle dissection d’un nouveau système de rétroaction sensorielle. »
« Si vous n’aviez pas de miroir et que vous ne pouviez pas plier le cou, comment sauriez-vous si vous êtes habillé convenablement ? » Schweikert a déclaré. « Pour nous, cela n’a peut-être pas d’importance », a-t-elle ajouté. Mais pour les créatures qui utilisent leurs capacités de changement de couleur pour se cacher des prédateurs, avertir leurs rivaux ou courtiser leurs partenaires, « cela pourrait être une question de vie ou de mort ».
L’étude a été co-écrite par des chercheurs du Florida Institute of Technology, de la Florida International University et de l’Air Force Research Laboratory. Le soutien financier est venu de l’Université Duke, de l’Université internationale de Floride, du Marine Biological Laboratory et de la National Science Foundation.
