Dans une découverte qui brouille la frontière entre biologie et technologie, des scientifiques ont découvert que les palourdes en forme de cœur utilisent des structures semblables à des fibres optiques pour canaliser la lumière du soleil à travers leur coquille, de la même manière que les entreprises de télécommunications utilisent la fibre optique pour fournir une connectivité Internet haut débit. dans les maisons.
Cette innovation, premier exemple connu de faisceaux de fibres optiques chez un être vivant, permet d'expliquer comment le cœur s'agite (Corculum cardissa) – un bivalve marin trouvé dans les eaux peu profondes des océans Indien et Pacifique – exploite la lumière du soleil pour nourrir les algues symbiotiques qui y vivent, tout en les protégeant des rayons ultraviolets nocifs. En retour, les algues fournissent aux palourdes des sucres et d’autres nutriments essentiels.
La découverte met en évidence une adaptation évolutive qui est parallèle à l'ingéniosité technologique humaine et offre des perspectives potentielles pour le développement de systèmes optiques bioinspirés à l'avenir, rapportent des chercheurs le 19 novembre dans Communications naturelles.
Les coques cardiaques sont de petits bivalves de la taille d’une noix, surtout connus pour leur forme distinctive de coquille. Mais un examen attentif révèle que les coquilles sont grêlées de « fenêtres » – de minuscules structures transparentes qui permettent à la lumière de passer à travers.
Cette architecture unique s'enracine dans les propriétés particulières de l'aragonite, une forme cristalline de carbonate de calcium (SN:21/01/03). Ces cristaux d'aragonite sont disposés dans des tubes de la taille d'un micron qui fonctionnent comme des câbles à fibres optiques, guidant la lumière avec une précision exceptionnelle, tout en filtrant les rayons ultraviolets nocifs qui pourraient endommager les algues symbiotiques des palourdes ou leurs propres tissus délicats.
La biophysicienne évolutionniste Dakota McCoy, de l'Université de Chicago, et ses collègues ont réalisé des expériences au microscope démontrant que le côté de la coquille exposé au soleil permet à plus de deux fois plus de lumière photosynthétiquement utile de pénétrer à l'intérieur que la lumière ultraviolette nocive et endommageant l'ADN.
Selon McCoy, cette capacité de filtrage de la lumière contribue probablement à réduire le risque de blanchissement, un phénomène mortel affectant aussi bien les coraux que les palourdes et qui est actuellement exacerbé par le changement climatique (SN : 8/7/24).
Les simulations informatiques ont en outre démontré que la disposition des structures de type fibre optique représente un compromis évolutif, finement réglé pour équilibrer la résistance mécanique de la coque avec sa capacité à transmettre efficacement la lumière.
« Enfin, quelqu'un a réussi à résoudre ce problème », déclare Jingchun Li, biologiste évolutionniste à l'Université du Colorado à Boulder, qui étudie la relation symbiotique entre les coques cardiaques et leurs algues.
Les coques cardiaques ne sont pas les seules à canaliser la lumière du soleil vers les algues symbiotiques. D'autres créatures marines, comme les bénitiers géants, font de même (SN : 22/06/18). Mais alors que ces bivalves massifs et striés dépendent de cellules spécialisées pour attirer la lumière solaire bénéfique, les coques cardiaques, avec leur coquille bien fermée, profitent de leur architecture unique en aragonite.
« Pour ce faire, ils utilisent des minéraux dans leur coquille et non des structures biologiques », explique Sarah Lemer, généticienne évolutionniste à l'Institut Leibniz pour l'analyse des changements de la biodiversité à Hambourg, en Allemagne, qui n'a pas participé à l'étude. « C'est vraiment chouette. »
McCoy et d'autres envisagent désormais d'exploiter les propriétés de l'aragonite ou ses structures de réseau complexes pour créer de nouveaux matériaux dotés de performances optiques supérieures, révolutionnant potentiellement les technologies de communication sans fil et les outils de mesure avancés.
Une qualité qu'ils espèrent reproduire est la capacité de l'aragonite à canaliser la lumière sans revêtement réfléchissant. De tels revêtements sont nécessaires sur les câbles de télécommunications pour confiner les signaux lumineux, mais l'aragonite possède naturellement ses propres caractéristiques de confinement optique.
« En imitant les structures de fibres groupées trouvées dans les coques cardiaques, nous pourrions développer des systèmes offrant une meilleure collecte de lumière », explique Boon Ooi, chercheur en photonique à l'Université des sciences et technologies King Abdullah en Arabie Saoudite.
« Des milliards d'années de conception de produits ont été consacrées à cela », souligne McCoy. Selon elle, exploiter la conception de la coquille du cœur des coques pourrait conduire à des capacités de transmission de la lumière inégalées, rendant les utilisateurs finaux humains de ces technologies aussi heureux que des palourdes.
