L’origine mystérieuse des taches bleues électriques de la raie ruban révélée

Des chercheurs ont découvert les nanostructures uniques responsables des taches bleues électriques de la raie à taches bleues (Taeniura lymma), avec des applications possibles pour le développement d’une coloration sans produits chimiques. L’équipe mène également des recherches en cours sur la coloration bleue tout aussi énigmatique du requin bleu (Prionace glauca).

Cette recherche, intitulée « Ribbontail Stingray Skin Employs a Core–Shelf Photonic Glass Ultrastructure to Make Blue Structural Color », est publiée dans Matériaux optiques avancés .

La coloration de la peau joue un rôle clé dans la communication des organismes, en fournissant des indices visuels essentiels à la vie qui peuvent avertir, attirer ou se camoufler. Les raies ruban à points bleus possèdent des taches bleues électriques frappantes sur leur peau. Cependant, les processus biologiques qui produisaient ces taches bleues électriques restaient jusqu’à présent un mystère.

« Si vous voyez du bleu dans la nature, vous pouvez être presque sûr qu’il est fabriqué par des nanostructures tissulaires et non par des pigments », explique Mason Dean, professeur associé d’anatomie comparée à la City University of Hong Kong (CityU). « Comprendre la couleur structurelle des animaux ne se résume pas seulement à la physique optique, mais aussi aux matériaux impliqués, à la façon dont ils sont finement organisés dans les tissus et à l’apparence de la couleur dans l’environnement de l’animal. Pour rassembler toutes ces pièces, nous avons réuni une formidable équipe de disciplines issues de plusieurs pays, ce qui nous a permis de trouver une solution surprenante et amusante au puzzle de la couleur des raies pastenagues. »

Les couleurs structurelles sont produites par des structures extrêmement petites qui manipulent la lumière, plutôt que par le produit de pigments chimiques.

« Les couleurs bleues sont particulièrement intéressantes car les pigments bleus sont extrêmement rares et la nature utilise souvent des structures nanométriques pour produire du bleu », explique Viktoriia Kamska, postdoctorante qui étudie les mécanismes de coloration naturelle à CityU. « Nous nous intéressons particulièrement aux raies pastenagues à queue ruban, car contrairement à la plupart des autres couleurs structurelles, leur couleur bleue ne change pas lorsque vous les regardez sous différents angles. »

L’équipe de recherche a combiné diverses techniques pour comprendre l’architecture de la peau dans différentes conditions naturelles.

« Pour comprendre l’architecture à petite échelle de la peau, nous avons utilisé la tomodensitométrie (micro-CT), la microscopie électronique à balayage (MEB) et la microscopie électronique à transmission (MET) », explique le Dr Dean.

« Nous avons découvert que la couleur bleue est produite par des cellules cutanées uniques, avec un arrangement 3D stable de sphères nanométriques contenant des nanocristaux réfléchissants (comme des perles suspendues dans un thé aux perles) », explique Amar Surapaneni, postdoctorant dans le groupe de Dean jusqu’à récemment, et désormais professeur invité au Trinity College de Dublin. « Étant donné que la taille des nanostructures et leur espacement sont un multiple utile de la longueur d’onde de la lumière bleue, elles ont tendance à réfléchir spécifiquement les longueurs d’onde bleues. »

Il est intéressant de noter que l’équipe a découvert que la disposition « quasi ordonnée » unique des sphères permettait de garantir que la couleur restait inchangée quel que soit l’angle de vision.

« Et pour éliminer toutes les couleurs étrangères, une épaisse couche de mélanine sous les cellules productrices de couleur absorbe toutes les autres couleurs, ce qui donne une peau d’un bleu extrêmement vif », explique le Dr Dean. « Au final, les deux types de cellules collaborent parfaitement : les cellules de couleur structurelles se concentrent sur la couleur bleue, tandis que les cellules pigmentaires de mélanine suppriment les autres longueurs d’onde, ce qui donne une peau d’un bleu extrêmement vif. »

L’équipe pense que cette fascinante coloration bleue est susceptible d’offrir des avantages de camouflage aux raies pastenagues.

« Dans l’eau, le bleu pénètre plus profondément que toute autre couleur, ce qui permet aux animaux de se fondre dans leur environnement », explique le Dr Dean. « Les taches bleues vives sur la peau des raies ne changent pas selon l’angle de vue ; elles pourraient donc présenter des avantages spécifiques en matière de camouflage lorsque l’animal nage ou se déplace rapidement avec des ailes ondulantes. »

Les applications de cette recherche actuellement explorées incluent des matériaux colorés bio-inspirés sans pigment.

« Nous poursuivons des collaborations avec d’autres chercheurs pour développer des systèmes biomimétiques flexibles et colorés structurellement inspirés de la nature douce de la peau des raies pastenagues pour des couleurs sûres et sans produits chimiques dans les textiles, les écrans flexibles, les écrans et les capteurs », explique le Dr Dean.

En plus de leurs travaux sur les raies pastenagues, le Dr Kamska et son équipe étudient également la coloration bleue d’autres raies et requins, dont le requin bleu.

« Bien que le nom de requin bleu et ses aspects écologiques soient bien étudiés, personne ne sait encore comment la couleur bleue est produite sur sa peau », explique le Dr Kamska. « Les résultats préliminaires démontrent que ce mécanisme de coloration est différent de celui de la raie pastenague. Mais tout comme chez cette dernière, nous devons essayer différentes combinaisons d’outils d’imagerie de précision et aborder plusieurs disciplines connexes en optique, en sciences des matériaux et en sciences biologiques. »

Il y a également un article à paraître dans Frontières de la biologie cellulaire et du développementintitulé « Les filaments intermédiaires organisent spatialement les nanostructures intracellulaires pour produire le bleu structurel brillant des raies pastenagues à queue ruban à travers l’ontogénie. »

Cette recherche est présentée lors de la conférence annuelle de la Society for Experimental Biology à Prague du 2 au 5 juillet 2024.