Introduction

Les lucioles, insectes fantastiques et fascinants peuplent nos forêts. L’étude des ces insectes ’brillants’ peut intéresser des enfants de tout âge. Les plus jeunes, partiront à la recherche des lampes des lutins de la forêt. Les plus âgés, tenteront de comprendre le mode de vie de ces insectes, le but de l’émission de la lumière et pourront essayer d’évaluer l’impact de l’activité humaine. On retrouvera au fil des paragraphes la vie de Lucie Hole…

Le Projet

La lumière du vivant : la bioluminescence

La bioluminescence ou « lumière du vivant » est l’émission, par des organismes vivants, de lumière visible. Depuis l’antiquité, cette étonnante propriété d’émission de lumière a intrigue de nombreux auteurs, Aristote et Pline l’Ancien, rapportent déjà ce phénomène.
Chez les animaux, de très nombreuses classes d’invertébrés, comme les lucioles ou les vers luisants, présentent cette capacité de bioluminescence. Chez les vertèbres seuls certains poissons possèdent cette particularité. Enfin de très nombreuses bactéries sont capables d’émettre de la lumière. La lumière émise résulte de réactions chimiques qui activent une molécule susceptible d’émettre un photon.

Bactéries bioluminescentes

Colonie de bactéries bioluminescentes identifiées par satellite dans le golfe persique (Photo : Miller et Haddock, 2005).

Lucie Hole a-t-elle l’exclusivité sur la lumière ?

La plupart des insectes bioluminescents appartiennent à l’ordre des coléoptères (scarabées), ils appartiennent aux familles des Elateridae (tels que les scarabées taupins), des Phengodidae (tels que le « ver chemin de fer » qui possède la particularité de produire en même temps une lumière rouge et une lumière verte) ou encore les Lampiridae (tels les lucioles et les vers luisants). Les lucioles possèdent les mêmes caractéristiques morphologiques que les vers luisants. Certaines mouches (ordre des diptères) de la famille des Kéroplatides produisent aussi des signaux lumineux. L’espèce la plus célèbre est Arachnocampa luminosa elle est aussi appelée ver luisant de Nouvelle Zélande (dont elle est endémique). La larve carnivore de cette mouche émettrait de la lumière dans le but d’attirer ses proies.

Ver chemin de fer

Femelle Phengodidae (Rail road worm ou ver chemin de fer), les anneaux de son corps émettent une lumière verte tandis que la lumière émise par sa tête est rouge. (Photo : Hastings, Harvard, UK).

Portrait robot de « Lucie Hole »

Les lucioles mesurent entre 5 et 25 mm de long. Leur tête est cachée sous un large pronotum aplati. Cette structure fait partie du thorax de l’insecte. Les élytres mous et flexibles ont une teinte sombre, habituellement brune ou noire, et sont fréquemment marqués de jaune ou d’orangé. Quand l’insecte est au repos, une deuxième paire d’ailes, utilisée pour le vol, est repliée sous les élytres . Seuls les deux ou trois derniers segments à l’extrémité de l’abdomen sont lumineux. On les reconnaît à leur teinte ivoire ou jaune verdâtre lorsqu’ils ne produisent pas de lumière. Selon les espèces, le mâle ou la femelle, ou encore les deux sexes, sont capables d’émettre de la lumière. C’est la partie ventrale des segments, celle située sous l’abdomen, qui s’illumine. La femelle est habituellement un peu plus grosse que le mâle. Malgré son nom, le ver luisant ou lampyre n’est pas à proprement parler un ver : il s’agit en fait d’un insecte coléoptère resté à l’état larvaire. Le mot lampyre vient du grec lampyride qui signifie ‘lumière’. Les femelles adultes lampyres, aptères (dépourvues d’ailes) et bioluminescentes, ont une forme de larve, elles se reproduisent alors qu’elles conservent des caractéristiques juvéniles. Elles émettent une lumière verdâtre sur la face ventrale de leurs derniers segments abdominaux pour attirer les mâles qui, eux, sont pourvus d’ailes. La lumière est créée par une série de réactions chimiques liées à l’action d’une enzyme, la luciférase. La production de lumière est obtenue par une réaction chimique au cours de laquelle, une substance, la luciférine, dite substrat luminescent, est oxydée par l’enzyme luciférase qui catalyse la réaction de bioluminescence. Cette réaction nécessite de l’énergie (ATP), du magnésium (Mg²+) et de l’oxygène (O²).

Lucie Hole

Vue d’une femelle scarabee bioluminescente : Pyrophorus noctilicus (Photo : www.insectariumvirtual.com)

Quand Lucie Hole rencontre Luc Hiole.

L’accouplement a lieu habituellement au printemps et au début de l’été, après le coucher du soleil. L’émission de lumière sous forme de code, associée à leur comportement, permet aux individus des deux sexes de se rencontrer. On peut parler de parade nuptiale.
Quelques jours après l’accouplement, la femelle dépose ses œufs dans un endroit humide.
Elle meurt généralement peu après la ponte, alors que le mâle ne meurt qu’après la période d’accouplement.
Les œufs éclosent environ un mois plus tard. Les larves ont un corps aplati et allongé. Leur principale activité consiste à se nourrir. Afin de pouvoir grandir, les larves subissent une série de mues dont le nombre varie selon les espèces. Les lucioles passent la majeure partie de leur vie au stade larvaire. Après une période plus ou moins longue, la larve s’installe dans un abri qu’elle a creusé à quelques centimètres sous la surface du sol. Au printemps, elle mue et se métamorphose en nymphe. Au bout d’une dizaine de jours environ, elle fend la cuticule qui recouvre son corps. La luciole adulte émerge de cette enveloppe et le cycle de la vie peut recommencer.

Lucie Hole est une lumière

Vue d’une femelle luciole bioluminescente : Lampyris noctiluca (Photo : Gumenyuk VI).

Que mange « Lucie Hole » ?

Les larves de lucioles sont prédatrices. Elles se nourrissent d’autres insectes (larves et adultes), d’escargots, de lombrics, de limaces et de divers petits invertébrés. Il est intéressant de noter que le lampyre se nourrit essentiellement d’escargots. Ce régime alimentaire a une répercution directe sur sa répartition géographique : il est donc rare de le trouver dans les régions dont le sol est pauvre en calcaire. L’alimentation des adultes est méconnue, et il semble qu’en général ces insectes se nourrissent peu. Certaines lucioles adultes ne s’alimenteraient pas du tout, cela étant expliqué par leur courte durée de vie. Cette caractéristique est retrouvée chez de nombreux insectes dont la vie adulte est, finalement, réservée à la reproduction. Pour se nourrir, les lucioles injectent une substance digestive dans le corps de leur proie. Ce produit la paralyse et digère les tissus, la luciole peut alors aspirer le contenu liquéfié.

Où vit « Lucie Hole » ?

On trouve les lucioles dans le bois en décomposition (vieilles souches), la litière forestière et les autres endroits humides. Il n’est pas rare de trouver ces insectes près de divers habitats aquatiques comme les étangs, les marais ou les cours d’eau.
Certaines espèces ayant une vie essentiellement aquatique. Les adultes vivent généralement dans les mêmes milieux que les jeunes.

En Europe l’espèce la plus fréquemment observée est Lampyris noctiluca.

Biodistribution de Lampyris noctiluca en Europe

Répartition européene de Lampyris noctiluca. Le vert indique la présence d’insectes, le jaune indique l’absence d’insecte et le gris indique l’absence de données rapportées. Données établies sur la base de comptage fiables. (Source : http://inpn.mnhn.fr)

On repère facilement les femelles Lampyris noctiluca grâce à leur émission de lumière. Leurs larves vivent dans les forêts, les bocages, les landes, les ripisylves, souvent cachées le jour sous les tapis de feuilles mortes où elles recherchent leurs proies. On trouve cette espèce en Europe, du Portugal à la Suède, en Asie, en Amérique et en Afrique du nord. Cette espèce semble n’avoir que peu de prédateurs ’naturels’ dans ces espaces. Paradoxalement son principal ennemi est ’l’activité humaine’, outre la pollution lumineuse, on peut citer les insecticides et hélicides, et le gyrobroyage (détruisant son habitat).

Lucie Hole donne son éclairage sur la santé de l’environnement nocturne !

Une présence importante de lucioles et de lampyres semble pouvoir être considérée comme un des indicateurs les plus fiables de l’état de santé de l’environnement. En effet sa présence en nombre considérable indique un bon état de naturalité de l’environnement nocturne.
Autrefois, des groupes de milliers de lucioles pouvaient être aperçues sur et autour d’un arbre, aux abords d’un ruisseau. C’est un phénomène devenu très rare hormis dans des lieux éloignés de l’agriculture, des villes, et dépourvus d’éclairage artificiel. Aujourd’hui il est encore possible d’observer de tels regroupents d’individus autour de l’étang du parc du Bourget à Lausanne en Suisse Colonie de vacances
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Vols de lucioles...

Les traits jaunes matérialisent le vol de lucioles, qu’il est de plus en plus rare d’apercevoir dans les zones urbanisées ou d’agriculture intensive. (Exposition de 30 secondes, Source : Quit007)

Malgré le fait de pouvoir constituer un indicateur fiable dela santé environnementale, aucun comptage fiable et systématique de suivi de population n’est réalisé à l’échelle nationale et européenne.

Démarche expérimentale.

Du fait de leur répartition géographique il sera assez facile de trouver des lucioles dans les sous bois près des zones humides. Ces insectes fascinants peuvent être étudiés sous différents angles. A la tombée de la nuit il peut être intéressant de compter les lumières émises pour évaluer le nombre d’individus par unité de terrain. Des relevés réguliers permettent de suivre l’évolution du nombre d’individus. L’impact d’une pollution silencieuse mais ayant de lourdes conséquences sur ces insectes peut être approchée : la pollution lumineuse due à l’activité humaine.

Aujourd’hui, cette capacité à émettre de la lumière a été copiée par l’homme, ce qui lui a fourni un formidable outil d’étude biotechnologique. Il participe à l’étude de molécules, de cellules et joue un rôle important dans l’établissement de nouvelles molécules thérapeutiques. Finalement Lucie Hole n’a pas fini de nous surprendre et quelque part, au fond de la forêt, à la nuit tombée, elle nous éclaire de toutes ses forces...

Sources bibliographiques

 Aristote. Parties des animaux (en grec ancien Περὶ ζώων μορίων), Livre III.

 Pline l’Ancien. L’Histoire Naturelle - édition d’Emile Littré. 1848, Livre XVIII.

 Viviani VR, Arnoldi FG, Ogawa FT, Brochetto-Braga M. Few substitutions affect the bioluminescence spectra of Phrixotrix (Coleoptera : Phengodidae) luciferases : a site-directed mutagenesis survey. Luminescence. 2007.

 Wood KV, Lam YA, Seliger HH, McElroy WD. Complementary DNA coding click beetle luciferases can elicit bioluminescence of different colors. Science. 1989 ;244:700-702.

 McElroy WD, Seliger HH, White EH. Mechanism of bioluminescence, chemiluminescence and enzyme function in the oxidation of firefly luciferin. Photochem Photobiol. 1969 ;10:153-170.

 Baldwin TO. Firefly luciferase : the structure is known, but the mystery remains. Structure. 1996 ;4:223-228.

 http://www.faunaeur.org/full_result...

 http://animaldiversity.ummz.umich.e...
/Lampyris_noctiluca.html

 http://www.pourlascience.fr/ewb_pag...

Informations complémentaires

 Extrait de l’Histoire Naturelle - livre XVIII - édition d’Emile Littré, Pline l’Ancien.

[...] Toutefois ces railleries paraissent d’un détestable augure, tant il est vrai que, dans la campagne, des plus petites choses on fait des indices naturels. A la fin de cette époque sont les semailles du panic et du mil. Il convient de les faire après la maturité de l’orge ; et, dans le même terrain, un indice commun de la maturité de l’orge et des semailles du panic et du mil, c’est, le soir, la présence des cicindèles (XI, 34) dans les campagnes. Les paysans appellent ainsi ces étoiles volantes que les Grecs nomment lampyrides (vers luisants), présent de l’incroyable bonté de la nature. [...]

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