La lumière diffuse du soleil, le clair de lune, les aurores et la lumière artificielle peuvent tous être vus pendant la nuit polaire arctique, y compris près de Kongsfjorden, Svalbard. Le Svalbard est un archipel au nord-est du Groenland. Lorsqu’il fait le plus clair dans la nuit polaire arctique, généralement vers le milieu de la journée connue sous le nom de crépuscule de midi, le krill arctique (en médaillon) sait nager jusqu’au fond afin de se cacher des prédateurs. Quand il fait le plus sombre dans la nuit polaire arctique, ils remontent à la surface à la recherche de nourriture bioluminescente. Crédit : Photo de Geir Johnsen, Photo illustration de Tammy Beeson
De nouvelles recherches explorent les rythmes visuels des animaux pendant la nuit polaire arctique.
Vers 11h30 environ, vous pourriez avoir envie de déjeuner. La raison en est que nos rythmes biologiques sont entraînés à nous dire quand nous avons faim, et quand nous avons cette envie, notre corps sait qu’il est temps de manger. Il en est de même pour les rythmes visuels.
Pendant la journée, il fait généralement plus clair que la nuit. Pour cette raison, notre système visuel change afin qu’il puisse être prêt à fonctionner dans des conditions de lumière plus vives. Pendant la nuit, nos yeux deviennent plus sensibles pour s’adapter au manque de lumière disponible.
Il s’avère que la même chose se produit pour le krill arctique. Lorsqu’il fait le plus clair dans la nuit polaire arctique – une période de l’année aux hautes latitudes où le soleil reste sous l’horizon pendant toute la période de 24 heures – généralement vers le milieu de la journée connue sous le nom de crépuscule de midi, le krill arctique sait nager jusqu’au fond afin de se cacher des prédateurs. Quand il fait le plus sombre dans la nuit polaire arctique, c’est à ce moment-là qu’ils remontent à la surface à la recherche de nourriture bioluminescente.
Une nouvelle étude publiée dans PLOS Biologie regardé ce rythme de sensibilité visuelle dans le krill arctique pendant la nuit polaire arctique.
Jonathan Cohen, professeur agrégé à la School of Marine Science and Policy de l’Université du Delaware au College of Earth, Ocean and Environment, a été l’auteur principal de l’article et a déclaré qu’il était lié à des travaux plus vastes sur les processus biologiques qui se déroulent. pendant la nuit polaire arctique.
“Le dogme pendant longtemps était que lorsque le soleil reste sous l’horizon, la biologie passe simplement à une animation suspendue, puis tout redémarre lorsque le soleil revient au-dessus de l’horizon au printemps”, a déclaré Cohen. « Notre travail a montré que ce n’est pas le cas. Au lieu de cela, vous avez des organismes qui sont actifs tout au long de cette période de nuit polaire lorsque le soleil est sous l’horizon. Il y a aussi plus de lumière que vous ne le pensez, même lorsque le soleil est sous l’horizon, et cela a des impacts biologiques. »
L’un de ces impacts biologiques concerne les rythmes de sensibilité visuelle du krill.
Pour mener ses recherches, Cohen s’est rendu dans l’archipel du Svalbard dans l’océan Arctique – au nord-est du Groenland, si vous cherchez un globe terrestre – en effectuant des recherches à la fois sur un navire de recherche en mer et dans un observatoire léger sur terre.
En utilisant la technologie acoustique sous-marine, les chercheurs ont pu dire que le krill était actif et présent pendant la nuit polaire arctique.
« Dans cet article, nous posons vraiment cette question : y a-t-il suffisamment de lumière dans la nuit polaire arctique pour entraîner leurs rythmes biologiques ? Et nous avons découvert qu’il y en avait », a déclaré Cohen.
Le krill utilisait la lumière extérieure de différentes manières. Cela aide leur système visuel à se déplacer de haut en bas dans la colonne d’eau pour trouver de la nourriture et les aide à contrôler leur propre bioluminescence pour éviter d’être mangé par un prédateur.
Contrairement aux latitudes inférieures, lorsqu’il y a des périodes distinctes d’un jour lumineux et d’une nuit sombre, dans l’Arctique, il existe différentes sources pendant la nuit polaire telles que le clair de lune et les aurores boréales – les aurores boréales – qui contribuent à la lumière à des moments différents. . Cela étend et déplace la période de temps pendant laquelle la lumière est disponible.
« Vous voyez toujours cette différence entre le jour et la nuit là-haut, mais elle est un peu floue par la présence de la lune et des aurores car ces niveaux de lumière sont suffisants pour se rapprocher assez de ce que vous pourriez voir à midi, “, a déclaré Cohen.
Même si la lumière dans la nuit polaire arctique ne fluctue pas autant que dans les basses latitudes, elle subit des changements. Alors que le soleil est sous l’horizon, il produit toujours une oscillation d’intensité lumineuse et ces changements de lumière sont détectés par le krill.
Les animaux et les humains entraînent leurs horloges biologiques à se synchroniser avec des indices visuels tels que la lumière cyclique – la lumière devenant plus sombre ou plus brillante – qui leur dit d’activer ou de désactiver certains gènes.
À la recherche de ces mécanismes visuels dans le krill, les chercheurs ont utilisé ce que l’on appelle l’enregistrement d’électrorétinogrammes extracellulaires dans une obscurité constante pour avoir une meilleure idée de la façon dont le krill s’adapte aux changements de lumière. Les chercheurs ont mené deux expériences, l’une pour exposer le krill en laboratoire à des éclairs d’intensités lumineuses différentes pour mesurer la sensibilité, et l’autre qui les a exposés à des éclairs de même intensité à différents moments de la journée pour mesurer l’impact du temps sur la sensibilité visuelle.
“Nous pouvons déterminer dans quelle mesure un krill peut détecter ce flash lumineux parce que nous le faisons avec des animaux que nous avons collectés et gardés dans l’obscurité”, a déclaré Cohen. “Nous savons donc qu’ils n’ont été exposés qu’à la lumière de l’environnement qu’ils avaient lors de la collecte, et c’est cette lumière qui a réglé leurs horloges biologiques.”
En plus de l’expérience en laboratoire, les chercheurs se sont également appuyés sur les données acoustiques – qui leur indiquaient quand le krill subissait ses migrations verticales – et les données lumineuses collectées à la fois en mer et sur terre qui leur indiquaient quand les niveaux de lumière étaient à leur plus haut pendant la Nuit polaire arctique.
Cohen a déclaré qu’il y avait quelques implications pour cette nouvelle découverte sur le krill. La première est que le krill arctique peut régler ses horloges biologiques en utilisant de très petits changements de lumière au cours d’une journée de 24 heures, parmi les plus faibles jamais mesurées.
Cette étude les a également aidés à déduire comment le krill utilise la lumière externe et sa propre bioluminescence pour se protéger des prédateurs potentiels. Lorsqu’il nage dans l’eau, le krill placera son dos vers le haut et son ventre vers le bas. Leurs ventres produisent de la bioluminescence, un peu comme le krill qui fait briller de petites ampoules à partir de leur ventre.
Sous l’eau, la lumière n’est détectable que directement au-dessus de la tête. Ainsi, en projetant cette lumière depuis leur ventre, ils effacent l’ombre qu’ils présenteraient lorsqu’ils seraient vus de dessous.
“C’est ce qu’on appelle le contre-éclairage, et ils produisent une lumière qui brouille leur ombre afin qu’ils ne puissent pas être vus par les prédateurs d’en dessous”, a déclaré Cohen. “Ce que nous pensons que ce rythme fait, c’est qu’il leur permet de mieux régler cette ombre légère.”
Ils sont également capables d’économiser de l’énergie et de rester en sécurité en restant bas dans la colonne d’eau jusqu’à ce qu’il soit temps de se nourrir. Alors que d’autres animaux peuvent monter ou descendre en réponse à un nuage passant qui apparaît comme une ombre noire au-dessus de leur tête, le krill est capable d’ignorer ces ombres et de conserver son énergie.
Avec ces nouvelles découvertes en main, Cohen retournera dans l’Arctique en janvier 2022 pour poursuivre ses recherches sur les implications de la lumière artificielle dans la nuit polaire arctique sur les espèces marines de l’Arctique.
Référence : « Les cycles photophysiologiques du krill arctique sont entraînés par un faible crépuscule de midi pendant la nuit polaire » par Jonathan H. Cohen, Kim S. Last, Corie L. Charpentier, Finlo Cottier, Malin Daase, Laura Hobbs, Geir Johnsen et Jørgen Berge, 19 octobre 2021, PLOS Biologie.
DOI : 10.1371/journal.pbio.3001413
Le financement de ce projet est venu du Norwegian Research Council et du Natural Environment Research Council du Royaume-Uni.
