Par une nuit d’été dans la baie de Naples, des hordes de vers remontaient des herbiers marins vers la surface de l’eau à la lumière d’une lune décroissante. Peu de temps auparavant, les créatures ont commencé une horrible métamorphose sexuelle : leur système digestif s'est flétri et leurs muscles nageurs se sont développés, tandis que leur corps se remplissait d'œufs ou de sperme. Les créatures de la longueur d'un doigt, désormais à peine plus que des sacs musclés de cellules sexuelles, flottèrent à la surface à l'unisson et, pendant quelques heures, tournèrent l'une autour de l'autre dans une danse nuptiale frénétique. Ils ont libéré d’innombrables œufs et spermatozoïdes dans la baie – puis la valse au clair de lune s’est terminée par la mort des vers.

Le ver à poils marins Platynereis dumerilii n'a qu'une seule chance de s'accoupler, donc sa danse finale ferait mieux de ne pas être un solo. Pour garantir que de nombreux vers se rassemblent en même temps, l’espèce synchronise son calendrier de reproduction avec les cycles de la lune.

Comment un ver sous-marin peut-il savoir quand la lune est la plus brillante ? La réponse de l’évolution est une horloge céleste précise remontée par une molécule capable de détecter les rayons de lune et de synchroniser la vie reproductive des vers avec les phases lunaires.

Personne n’avait jamais vu comment fonctionnait l’une de ces molécules lunaires. Toutefois, récemment, dans une étude publiée dans Communications Nature, chercheurs en Allemagne déterminé les différentes structures qu'une telle protéine dans les vers à poils absorbe dans l'obscurité et au soleil. Ils ont également découvert des détails biochimiques qui aident à expliquer comment la protéine fait la distinction entre les rayons du soleil plus brillants et la lueur de la lune plus douce.

C’est la première fois que des scientifiques déterminent la structure moléculaire d’une protéine responsable de la synchronisation d’une horloge biologique avec les phases de la lune. "Je ne connais aucun autre système qui ait été étudié avec ce degré de sophistication", a déclaré le biochimiste. Brian Grue de l'Université Cornell, qui n'a pas participé à la nouvelle étude.

De telles découvertes pourraient être pertinentes pour la physiologie de nombreux types de créatures, y compris les humains. "Nous n'avons aucun autre exemple où nous comprenons ces mécanismes avec autant de détails moléculaires", a déclaré Eva Loup, biochimiste à l'Université Johannes Gutenberg de Mayence en Allemagne et l'un des co-auteurs de l'article. "Ces études nous aident à commencer à comprendre comment peuvent fonctionner les oscillateurs au clair de lune et la synchronisation avec les phases de la lune."

Même si nous nous réveillons plus souvent aujourd’hui au son d’un réveil qu’aux premières lueurs de l’aube, notre corps reste toujours à l’heure du soleil. Chez les humains, comme chez de nombreux autres animaux, des montres biologiques sophistiquées appelées horloges circadiennes synchronisent les rythmes du corps avec les battements du lever du jour et de la tombée de la nuit. Les protéines cryptochromes sont des éléments importants de l’horloge circadienne de nombreux organismes, soit en détectant la lumière, comme chez les plantes, soit en se coordonnant avec d’autres protéines qui le font, comme chez les humains.

Bien qu’elle soit des centaines de milliers de fois plus faible que le soleil, la Lune éclaire également la Terre selon un horaire régulier. Un cycle complet, de la nouvelle lune à la pleine lune et inversement, dure 29.5 jours. De nombreux organismes, notamment divers types de vie marine, utilisent ce calendrier lunaire comme horloge fiable. On sait que les coraux, les moules, les vers marins et même certains poissons synchronisent leur activité de reproduction avec les phases de la lune.

Pour synchroniser leurs horloges circalunaires, les organismes doivent d’une manière ou d’une autre détecter la lumière de la lune et la distinguer de la lumière du soleil, qui est essentiellement le même type de lumière, mais en beaucoup plus intense. La manière exacte dont les cellules parviennent à respecter un calendrier lunaire – pour distinguer non seulement le clair de lune du soleil, mais aussi la pleine lune et la nouvelle lune – reste encore largement mystérieuse.

Récemment, les scientifiques ont commencé à se demander si les cryptochromes pourraient être impliqués dans les horloges lunaires, comme ils le sont dans les rythmes circadiens. En 2007, les scientifiques ont découvert indices dans certains coraux, qui exprimait plus activement les protéines cryptochromes sous la lumière.

Il y a quelques années, Wolf s'est associé au chronobiologiste Kristin Tessmar-Raible des laboratoires Max Perutz de l’Université de Vienne vont se développer P. dumérilii, puisqu'il synchronise sa reproduction avec les phases de la lune. Ils ont prouvé qu’un cryptochrome sensible à la lumière appelé L-Cry est un élément essentiel de l’horloge lunaire du ver. Le travail de leur équipe, publié dans 2022, a montré que la protéine peut distinguer l'obscurité de la lumière du soleil, ainsi que le clair de lune.

Cependant, le fonctionnement de la protéine n’était pas clair. En fait, aucune horloge circalunaire d’un seul organisme n’a été comprise au niveau biochimique.

"Cela a été assez négligé", a déclaré Wolf. « Ce signal mineur au clair de lune n’a pas été pris au sérieux. C’était toujours le soleil contre l’obscurité.

Pour savoir comment fonctionne L-Cry, les chercheurs ont voulu capturer comment sa structure changeait lorsqu’elle était exposée à la lumière. Wolf a expédié des protéines L-Cry de vers à l'Université de Cologne afin qu'elles puissent être imagées dans Elmar BehrmannLe laboratoire de biochimie structurale de , spécialisé dans les protéines sensibles et éphémères. Mais l’équipe expérimentée de Behrmann a lutté pendant des années pour que L-Cry se comporte suffisamment bien pour être photographié par son microscope cryoélectronique.

Ils ne le savaient pas à l’époque, mais la lumière se faufilait dans les échantillons. "Probablement pendant un an et demi, lorsque nous pensions travailler dans le noir, nous n'étions pas assez dans le noir", a déclaré Behrmann. Après avoir recouvert chaque fissure de la porte et les LED clignotantes avec du ruban adhésif en silicone noir, ils ont finalement obtenu une image claire.

Dans le noir, P. dumeriliiLes protéines L-Cry de s'associent sous forme de paires liées appelées dimères. Lorsqu’ils sont exposés à une lumière solaire intense, les dimères se divisent à nouveau en deux monomères.

C'est le contraire de la façon dont les cryptochromes sensibles à la lumière distinguent la lumière du soleil de l'obscurité dans les plantes, a déclaré Crane. Les cryptochromes végétaux se regroupent au soleil et se désagrègent dans l’obscurité.

La forme du clair de lune de L-Cry n’a pas été directement capturée dans ces expériences, mais la nouvelle compréhension des structures dimères révèle comment L-Cry distingue le clair de lune de la lumière du soleil. La forme clair de lune de la protéine ne peut être créée qu’à partir du dimère sombre, et non à partir de la forme flottante de la lumière solaire. Cela permet d’expliquer comment les vers évitent de confondre la faible lumière de l’aube et du crépuscule avec le clair de lune.

Bien que cette étude se concentre sur une seule protéine chez un animal, il y a des raisons de penser que ce mécanisme de synchronisation lunaire fait partie d’une histoire évolutive qui va au-delà des romances tragiques au clair de lune du ver à poils. "Il est fort possible que d'autres types de cryptochromes utilisent également ce type de mécanisme", a déclaré Crane.

D’autres animaux ont des cycles de reproduction mensuels, bien qu’ils ne soient pas nécessairement directement liés à la lune. Nous, les humains, par exemple, avons un cycle qui est à peu près de la même durée que le cycle lunaire, a déclaré Tessmar-Raible. "Le cycle menstruel, par définition, est un oscillateur mensuel."

Tout rôle possible des phases de lune dans la synchronisation du cycle menstruel humain est très controversé. Même ainsi, les règles, les mois et la lune pourraient partager bien plus que des racines étymologiques. Les hormones des vers à poils qui oscillent en synchronisation avec les phases lunaires ont de proches cousines chez les humains, a déclaré Tessmar-Raible. "Je ne pense pas qu'il soit exagéré de dire que les vers peuvent ouvrir la voie à la compréhension du calendrier de reproduction mensuel chez les humains." Peut-être que nos rythmes modernes de 28 jours sont des restes de l’évolution, bricolés à partir de morceaux d’horlogerie cellulaire plus ancienne qui, dans une mer primordiale peu profonde, aidaient autrefois les vers marins à suivre le cycle de la lune.

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