La bioluminescence et la fluorescence sont des phénomènes scientifiques liés à l'émission de lumière,

La bioluminescence est la production et l'émission de lumière par un organisme vivant. C'est une sorte de chimiluminescence. La bioluminescence est répandue chez les vertébrés et les invertébrés marins, ainsi que dans certains champignons, micro-organismes, y compris certaines bactéries bioluminescentes, et les arthropodes terrestres tels que les lucioles.

Fluorescence, d'autre part, est l'émission de lumière par une substance qui a absorbé de la lumière ou d'autres rayonnements électromagnétiques. C'est une forme de luminescence. Dans la plupart des cas, la lumière émise a une longueur d'onde plus longue et donc moins d'énergie que le rayonnement absorbé.

Bioluminescence vs Fluorescence

Bioluminescence

La bioluminescence est causée par des réactions chimiques au sein des êtres vivants.

La bioluminescence est un processus chimique dans lequel une enzyme décompose un substrat, et l'un des produits de cette réaction est la lumière.

champignon rougeoyant

La réaction chimique de base en bioluminescence implique une molécule électroluminescente et une enzyme, généralement appelée luciférine et luciférase, respectivement.

L'enzyme luciférase catalyse l'oxydation de la luciférine. Chez certaines espèces, la luciférase nécessite d'autres cofacteurs, tels que les ions calcium ou magnésium et parfois un adénosine triphosphate porteur d'énergie (ATP) molécule.

Il y a peu de variation évolutive des luciférines: une, en particulier, coelentérazine, se trouve dans 11 différents groupes phylogénétiques animaux, bien que certains animaux l'obtiennent par leur alimentation. En revanche, les luciférases varient considérablement d'une espèce à l'autre, fournissant la preuve que la bioluminescence s'est produite plus de 40 fois dans l'histoire de l'évolution.

La luciférine est un composé qui produit de la lumière. Dans une réaction chimique, la luciférine est appelée un substrat. La couleur bioluminescente (jaune chez les lucioles, verdâtre chez les lanternes) est le résultat de l'arrangement des molécules de luciférine.

Certains organismes bioluminescents produisent (synthétiser) luciférine eux-mêmes. Dinoflagellés, par exemple, bioluminescence de couleur bleu-vert. Les dinoflagellés bioluminescents sont un type de plancton, de minuscules organismes marins qui font parfois briller la surface de l'océan la nuit.

Certains organismes bioluminescents ne synthétisent pas la luciférine. Au lieu, ils l'absorbent à travers d'autres organismes, soit comme nourriture, soit dans le cadre d'une relation symbiotique.

Par exemple, certaines espèces de vairons obtiennent de la luciférine par “graines de crevettes” ils consomment. De nombreux animaux marins, comme les calmars, contiennent des bactéries bioluminescentes dans leurs organes lumineux. Les bactéries et les calmars sont dans une relation symbiotique.

La luciférase est une enzyme. Une enzyme est une substance chimique (appelé catalyseur) qui interagit avec un substrat et affecte la vitesse d'une réaction chimique.

Lorsque la luciférase interagit avec des (avec addition d'oxygène) luciférine, un sous-produit appelé oxyluciférine est formé. Plus important, la réaction chimique produit de la lumière.

Les dinoflagellés bioluminescents produisent de la lumière via la réaction luciférine-luciférase. La luciférase trouvée dans les dinoflagellés est liée à la chlorophylle chimique verte présente dans les plantes.

Les écosystèmes de dinoflagellés bioluminescents sont rares, se formant principalement dans des lagunes d'eau chaude avec un accès étroit à la mer ouverte. Des dinoflagellés bioluminescents se rassemblent dans ces lagunes ou baies, et l'ouverture étroite les empêche de s'échapper.

La plupart des réactions bioluminescentes impliquent la luciférine et la luciférase. toutefois, certaines réactions se produisent sans l'enzyme (luciférase). Ces réactions impliquent un produit chimique appelé photoprotéine. Les photoprotéines se combinent avec la luciférine et l'oxygène, mais ils ont besoin d'un autre agent, souvent l'élément ion calcium, produire de la lumière.

L'utilisation de la bioluminescence par les animaux comprend le masquage antiluminescence, imiter d'autres animaux, par exemple. attirer des proies, et signalant d'autres individus de la même espèce, par exemple. attirer des copains.

Dans le laboratoire, les systèmes à base de luciférase sont utilisés dans le génie génétique et la recherche biomédicale. Les chercheurs explorent également l'utilisation de systèmes bioluminescents pour l'éclairage public et décoratif, et une plante bioluminescente a été créée.

Des biologistes et des ingénieurs étudient les produits chimiques et les conditions associés à la bioluminescence pour voir comment les gens peuvent utiliser le processus pour rendre la vie plus facile et plus sûre.

Protéine fluorescente verte (GFP), par exemple, est un précieux “gène rapporteur. Les gènes rapporteurs sont des produits chimiques (gènes) que les biologistes attachent à d'autres gènes qu'ils étudient.

Les gènes rapporteurs GFP sont facilement identifiés et mesurés, généralement par leur fluorescence. Cela permet aux scientifiques de surveiller et de contrôler l'activité du gène étudié — son expression dans la cellule ou son interaction avec d'autres produits chimiques.

D'autres utilisations sont plus expérimentales. Par exemple, les arbres bioluminescents pourraient aider les principales rues et autoroutes. Cela réduirait les besoins en électricité.

Les cultures bioluminescentes et autres plantes pourraient briller lorsqu'elles ont besoin d'eau ou d'autres nutriments, ou quand ils sont prêts à récolter. Cela réduirait les coûts pour les agriculteurs et les agro-industries.

Fluorescence

lampes à led

La fluorescence est un processus physique dans lequel la lumière énergise les électrons dans un fluorophore à un état d'énergie plus élevé, et quand l'électron retombe dans son état fondamental, il émet un photon.

La fluorescence est un membre de la famille omniprésente des processus de luminescence dans lesquels des molécules sensibles émettent de la lumière à partir d'états excités par des électrons créés soit par un (par exemple,, absorption lumineuse), mécanique (friction), ou mécanisme chimique.

La génération de luminescence par excitation d'une molécule par des photons de lumière ultraviolette ou visible est un phénomène appelé photoluminescence, qui est formellement divisé en deux catégories, fluorescence et phosphorescence, en fonction de la configuration électronique de l'état excité et du chemin d'émission.

La fluorescence est la propriété de certains atomes et molécules d'absorber la lumière à une certaine longueur d'onde et d'émettre ensuite de la lumière à une longueur d'onde plus longue après une courte période de temps, appelé la durée de vie de la fluorescence.

Le processus de phosphorescence se produit de la même manière que la fluorescence, mais avec une durée de vie beaucoup plus longue de l'état excité.

La fluorescence se produit généralement lorsque le rayonnement absorbé est dans la région ultraviolette du spectre et donc invisible à l'œil humain, tandis que la lumière émise est dans la région visible, qui donne au matériau fluorescent une couleur distincte qui ne peut être vue que lorsqu'elle est exposée à la lumière ultraviolette.

Les matériaux fluorescents cessent de briller presque immédiatement après l'arrêt de la source de rayonnement, contrairement aux matériaux phosphorescents, qui continuent à émettre de la lumière pendant un certain temps.

La fluorescence est également souvent présente dans la nature dans certains minéraux et sous de nombreuses formes biologiques dans tous les règnes de la vie.. On l'appelle parfois biofluorescence pour montrer que le fluorophore provient d'un organisme vivant. toutefois, dans de nombreux cas, une substance peut être fluorescente même si l'organisme est mort.

La fluorescence a de nombreuses applications utiles, y compris la minéralogie, gemmologie, médicament, capteurs chimiques (spectroscopie de fluorescence), marquage fluorescent, colorants, détecteurs biologiques, détection de rayons cosmiques, écrans fluorescents sous vide, et tubes cathodiques.

L'application quotidienne la plus courante concerne les lampes fluorescentes et LED à économie d'énergie., où des revêtements fluorescents sont utilisés pour convertir la lumière ultraviolette ou bleue à ondes courtes en lumière jaune à ondes longues, imitant ainsi la lumière chaude des ampoules à incandescence à économie d'énergie.

Tableau de comparaison