Vue d'artiste d'une ville bioluminescente éclairée par des plantes et des algues bioluminescentes. Crédit : Signe Friis Schack, Allumen IVS
La façon dont nous produisons la lumière a étonnamment peu changé depuis que Thomas Edison a développé la première ampoule en 1879.
L'ampoule LED a récemment considérablement réduit les coûts d'électricité, mais ils utilisent toujours la même source d'énergie et continuent de contribuer au réchauffement climatique puisque la plupart de l'électricité provient toujours de la combustion de combustibles fossiles.
Nous avons besoin d'une nouvelle méthode pour produire de la lumière qui, au lieu d'utiliser l'électricité conventionnelle, utilise la propre énergie de la nature.
Aux États-Unis, quelques chercheurs dévoués étudient les algues bioluminescentes depuis quelques années, mais ils n'ont jamais réussi à cartographier l'ensemble du système bioluminescent au sein des algues. A l'Université Technique du Danemark (DTU), nous menons la première recherche danoise dans ce domaine, et cela montre que des organismes bioluminescents pourraient un jour illuminer nos villes d'une lumière bleu turquoise.
Il y a cependant, des défis clairs à résoudre avant que cela ne devienne une réalité. Nous pouvons avoir besoin de transférer des gènes d'organismes bioluminescents dans d'autres organismes verts, peut-être des plantes plus hautes qui pourront émettre de la lumière plus efficacement.
Les microalgues illuminent l'obscurité
On trouve des algues partout sur terre et dans la mer, et sont extrêmement importants pour la vie telle que nous la connaissons.
De nombreuses personnes associent les algues aux algues (macroalgues), mais en fait la plupart des algues sont des micro-algues. Ces algues sont si petites que vous ne pouvez les voir qu'au microscope.
Certains d'entre eux, les dinoflagellés, émettent une forte lumière bleue la nuit. Ce phénomène est connu sous le nom de bioluminescence, où les organismes vivants produisent de la lumière via des réactions chimiques.
Vous pouvez le voir vous-même à certaines périodes de l'année dans les climats plus chauds, autour de l'équateur du Brésil à l'Australie.
Les algues bioluminescentes illuminent l'obscurité. Cette lumière bleue brillante pourrait illuminer les villes du futur. Crédit :Mikal Schlosser
Deux molécules se rencontrent et produisent de la lumière
Même si les gens observent ce phénomène dans l'océan depuis plus de 2 ans, 500 ans, nous en savons encore étonnamment peu sur les algues impliquées et sur la façon dont elles produisent de la lumière.
Les algues émettent une lumière bleue lorsqu'elles sont secouées. Tel que, quand un prédateur nage en créant un courant, ou lorsque les algues sont frappées par les vagues dans les eaux côtières.
Deux molécules sont particulièrement importantes pour la production de lumière :la luciférase (une enzyme) et la luciférine (une molécule produite par photosynthèse).
Lorsque les algues enregistrent une perturbation, une chaîne de processus chimiques cellulaires est mise en mouvement provoquant une chute du pH. Cela active les enzymes luciférase, qui se lient à la luciférine et transfèrent de l'énergie à la luciférine via un processus connu sous le nom d'oxydation. C'est la libération d'énergie de la luciférine que nous voyons sous forme de lumière bleue.
Elle n'a jusqu'à présent été démontrée que théoriquement et non expérimentalement.
Cellule solaire biologique et lampe vivante dans le même organisme
Les algues bioluminescentes ont besoin d'énergie pour émettre de la lumière, tout comme votre lampe de chevet qui se branche sur une prise de courant pour accéder à l'électricité. Algues cependant, tirent leur énergie d'une autre source :le Soleil.
Ils utilisent la lumière du soleil pour produire de l'énergie via la photosynthèse pour effectuer toute une gamme de processus au niveau cellulaire.
Vous pouvez imaginer les algues comme de minuscules lampes individuelles, alimenté par une cellule solaire. Ils se « rechargent » pendant la journée pour pouvoir émettre leur lumière bleue toute la nuit.
L'enzyme luciférase (jaune Pacman) devient active à pH 6. Elle se lie à la luciférine (coin vert), transfert d'énergie par oxydation, qui est émise sous forme de lumière bleue. Crédit : Signe Friis Schack, Allumen IVS
Il existe un certain nombre d'animaux bioluminescents, champignons, et les bactéries. Tous ont besoin de nourriture pour produire l'énergie nécessaire à l'éclairage. Les algues exploitent la lumière du soleil et le dioxyde de carbone (CO2) :deux inépuisables, écologique, Sources d'énergie neutres en CO2.
Des villes durables avec une lumière vivante
Nous utilisons une grande partie de l'électricité pour éclairer nos maisons, routes, parkings et ainsi de suite. Cette électricité provient en grande partie de la combustion de combustibles fossiles, ce qui augmente la quantité de CO2 dans l'atmosphère et entraîne le réchauffement climatique. Par conséquent, nous avons besoin d'une source de lumière plus durable.
Les microalgues poussent dans l'eau salée, mais tant qu'ils poussent dans un récipient fermé, ils peuvent fonctionner comme une lampe biologique, qui pourraient servir d'ampoules pour éclairer nos villes, vitrines, immeubles, routes, et parkings.
Les algues bioluminescentes sont la première étape du développement de la lumière biologique, mais il existe des défis évidents lors de l'utilisation d'algues dans une lampe. Les algues doivent être mises en mouvement avant de s'illuminer, ce qui est problématique dans une lampe. De plus, ils n'éclairent que pendant une période relativement courte en raison de la limitation de l'énergie.
Plus de recherche nécessaire pour développer des bio-lampes
Produire des lampes biologiques qui peuvent éclairer toute la nuit sans mouvement signifie que nous devons penser selon des lignes entièrement nouvelles.
À l'heure actuelle, nous essayons de déterminer avec précision quels gènes sont utilisés pour émettre de la lumière, puis de transférer ces gènes à d'autres organismes photosynthétiques pour produire une plante bioluminescente qui peut émettre de la lumière toute la nuit.
Nous n'en sommes pas encore là et il faudra de nombreuses années de recherche. Mais imaginez, entrer dans une ville du futur baignée d'une lumière bleue produite par les plantes.
Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de ScienceNordic, la source de confiance pour les nouvelles scientifiques en anglais des pays nordiques. Lisez l'histoire originale ici.
