Alors que s’ouvre l’exposition En voie d’illumination : Lumières de la Nature au Jardin des Plantes de Paris, plongez dans le monde fascinant des champignons bioluminescents.

Il y a des rencontres qui illuminent littéralement vos nuits. Un de ces derniers soirs d’automne, au détour d’un jardin du sud de la France et à la faveur du changement d’heure, j’ai remarqué une étrange lueur verte, douce, presque irréelle, au pied d’une vieille souche. Non, je ne rêvais pas : c’était bien un champignon qui luisait dans le noir. Il ne s’agissait pas d’un gadget tombé d’un sac d’enfant ou d’un reflet de la Lune, mais bien d’un organisme vivant, émettant sa propre lumière. Bienvenue dans le monde fascinant des champignons bioluminescents.

Une lumière naturelle… et vivante

La bioluminescence est la production naturelle de lumière par un être vivant, sans illumination préalable et en cela diffère de la fluorescence ou de la phosphorescence qui ont besoin d’une source de lumière. On la connaît chez certains poissons abyssaux, des requins, des crevettes, du plancton ou chez les lucioles.

Mais les champignons, eux aussi, ont ce « superpouvoir ». Plus de 90 espèces sont aujourd’hui connues dans le monde, surtout en zones tropicales humidescmais certaines, comme l’Omphalotus illudens, sont présentes chez nous, en Europe, et même dans les jardins du sud de la France où l’on trouve aussi Omphalotus olearius, souvent inféodé à l’Olivier mais pas uniquement. L’entomologiste Jean Henri Fabre la connaissait bien et cela a constitué sa première publication en 1856 sur les champignons.

Une chimie simple, une magie complexe

La lumière fongique ne produit pas chaleur, elle est constante et le plus souvent verte. Elle provient d’une réaction chimique impliquant une molécule appelée luciférine, de l’oxygène, et une enzyme, la luciférase. Cette réaction produit de la lumière dans le vert (vers 520 nm). Le mécanisme, bien que désormais mieux compris, reste fascinant : une lumière sans électricité, sans feu, et pourtant visible à l’œil nu, dans le silence du sous-bois. La bioluminescence est donc une forme de chimioluminescence, puisqu’elle dépend d’une réaction chimique.

Chez les champignons, cette lumière n’est pas toujours visible partout : parfois seules les lamelles, d’autres fois le mycélium (le réseau souterrain de filaments) sont luminescents, ou les deux. Beaucoup d’espèces sont par contre fluorescentes aux UV. Comme nous l’avons dit la fluorescence diffère de la bioluminescence par la nécessité d’avoir une source lumineuse d’excitation qui va provoquer une luminescence dans une longueur d’onde différente. Ce sont des phénomènes très différents même s’ils sont souvent associés chez les organismes.

Pourquoi un champignon brille-t-il ?

Pourquoi un organisme qui ne bouge pas et n’a pas d’yeux se donnerait-il la peine d’émettre de la lumière ? Plusieurs hypothèses ont été proposées comme attirer des insectes nocturnes pour disperser les spores, à l’image d’une enseigne clignotante dans la forêt. Une autre hypothèse est un effet secondaire métabolique, sans rôle adaptatif (ça fait moins rêver, mais cela reste peu probable). La dissuasion de prédateurs (insectes, petits rongeurs) grâce à cette signature visuelle inhabituelle a été également étudiée.

Une étude publiée dans Current Biology a montré que des insectes sont effectivement attirés par la lumière de certains champignons, renforçant l’idée d’une stratégie de dissémination.

L’espèce que vous avez peut-être déjà trouvé dans votre jardin, Omphalotus illudens (ou encore O. olearius dans le sud de la France) est remarquable à plus d’un titre. D’abord, parce qu’elle est toxique : ne vous fiez pas à sa belle couleur orangée et son odeur suave de sous-bois. Ensuite, parce qu’elle émet une lumière verte depuis ses lames, bien visible dans le noir complet. Ce phénomène est observable à l’œil nu si l’on s’éloigne des sources lumineuses parasites.

Ce champignon est de plus en plus étudié pour comprendre les variations génétiques liées à la bioluminescence entre espèces fongiques, et rechercher des molécules d’intérêt dans leur métabolisme, comme l’illudine, l’une des molécules à la base de leur toxicité, intéressante pour ses propriétés anticancéreuse.

Lumière sur la nature

Photographier ces champignons est un défi passionnant : il faut une longue pose, souvent au-delà de 30 secondes, un environnement très sombre, et parfois, un peu de chance. Mais l’image qui en résulte est souvent saisissante : un halo lumineux semblant flotter dans l’obscurité, témoin de la vitalité nocturne des sous-bois.

J’ai relevé le défi une fois de plus, comme la toute première fois dans une forêt du Vietnam sur une autre espèce ou récemment sur des litières en Guyane. Le défi est en fait double, détecter le phénomène et le photographier ensuite comme un témoignage fugace, un caractère discret qui disparaît à la mort de l’organisme.

Pour étudier ces phénomènes notre unité de recherche s’est dotée d’une plate-forme originale d’imagerie et d’analyse des phénomènes lumineux dans le vivant mais aussi pour explorer la géodiversité, par exemple dans les fossiles (pour la fluorescence) : le laboratoire de photonique 2D/3D de la biodiversité. Entre le vivant lors d’expéditions ou de missions de terrains pas forcément lointaine et les collections du MNHN, le registre de l’exploration de ces phénomènes est immense et nous l’avons juste commencé.

Bioluminescence et écologie fongique

Outre son effet esthétique, la bioluminescence pourrait aussi être un marqueur de l’activité biologique : elle reflète le métabolisme actif de certains champignons en croissance, leur interaction avec le bois, la température, l’humidité. Certains chercheurs envisagent même d’utiliser ces espèces comme indicateurs écologiques.

Alors la prochaine fois que vous sortez de nuit, observez les bords des sentiers, les vieux troncs en décomposition… car parfois, la nature éclaire son propre théâtre. Et si un champignon vous fait de l’œil fluorescent, n’ayez pas peur : il est plus poétique que dangereux… sauf si vous le cuisinez. Mais n’oubliez pas d’éteindre votre lampe et d’aller loin des sources de pollution lumineuses.

Romain Garrouste a reçu des financements de : MNHN. CNRS, Sorbonne Université, IPEV, LABEx BCDiv, LABEx CEBA, MTE, MRAE, National Geographic, Institut de la Transition Environnementale et Institut de l'Océan (Sorbonne Univ.)

Greffer l’organe d’un animal à un être humain n’est plus de la science-fiction. Ces dernières années, plusieurs patients ont reçu des cœurs, des reins ou même la peau d’un porc génétiquement modifié. Mais pourquoi choisir le cochon, plutôt qu’un autre animal ?

Le terme xénogreffe désigne la transplantation d’un tissu ou d’un organe provenant d’une espèce différente de celle du receveur, par exemple, d’un porc vers un humain. Elle se distingue de l’allogreffe, entre deux humains, et de l’autogreffe, utilisant les propres tissus du patient. L’objectif est de remédier à la pénurie chronique d’organes humains disponibles pour la transplantation, tout en garantissant la compatibilité et la sécurité du greffon.

En France, au 1^er janvier 2025, 22 585 patients étaient inscrits sur la liste nationale d’attente pour une greffe, dont 11 666 en liste active. En 2024, 852 patients sont décédés en attendant une greffe.

La peau de porc, une pionnière des xénogreffes

C’est d’abord la peau qui a ouvert la voie. Depuis les années 1960, la peau de porc est utilisée comme pansement biologique temporaire pour les grands brûlés. Sa structure et son épaisseur sont étonnamment proches de celles de la peau humaine, ce qui permet une bonne adhérence et une protection efficace contre les infections et la déshydratation.

Contrairement à d’autres animaux (vache, mouton, lapin), la peau de porc présente un réseau de collagène (protéine structurelle présente dans le tissu conjonctif et responsable de la résistance et élasticité des tissus) et une densité cellulaire similaires à ceux de l’homme, limitant les réactions de rejet immédiat. Ces greffes ne sont toutefois que temporaires : le système immunitaire finit par les détruire. Néanmoins, elles offrent une protection temporaire avant une autogreffe ou une greffe humaine.

Une proximité biologique frappante

Au-delà de la peau, le cochon partage de nombreux points communs physiologiques avec l’être humain : taille des organes, rythme cardiaque, pression artérielle, composition du plasma, voire métabolisme. Le cœur d’un cochon adulte, par exemple, a des dimensions proches de celui d’un humain, ce qui en fait un candidat naturel pour les greffes.

D’autres espèces, comme les primates non humains, présentent une proximité génétique encore plus importante, mais leur utilisation soulève des questions éthiques et sanitaires beaucoup plus lourdes, sans parler de leur reproduction lente et de leur statut protégé.

Un animal compatible avec la médecine moderne

Au contraire, les cochons sont faciles à élever, atteignent rapidement leur taille adulte, et leurs organes peuvent être obtenus dans des conditions sanitaires contrôlées. Les lignées génétiquement modifiées, comme celles développées par la société américaine Revivicor, sont désormais dépourvues de certains gènes responsables du rejet hyper aigu, ce qui rend leurs organes plus « compatibles » avec le système immunitaire humain.

Les chercheurs ont aussi supprimé des virus « dormants » (qui ne s’activent pas) présents dans le génome du porc, réduisant le risque de transmission d’agents infectieux à l’Homme.

Du pansement biologique à la greffe d’organe

Après la peau, les chercheurs se tournent vers les reins, le cœur, le foie ou encore le pancréas. En 2024, des patients ont survécu plusieurs semaines avec un cœur de porc génétiquement modifié, une prouesse longtemps jugée impossible. Des essais ont également été menés avec des reins de porc, notamment chez des patients en état de mort cérébrale ou, plus récemment, chez un patient vivant. En revanche, les recherches sur le foie et le pancréas en sont encore au stade préclinique, menées uniquement chez l’animal. Ces avancées ne sont pas seulement symboliques : la pénurie mondiale de donneurs humains pousse la médecine à explorer des alternatives réalistes.

Cependant, le défi immunologique reste immense – même génétiquement modifiés, les organes porcins peuvent être rejetés par le système immunitaire humain – tout comme les enjeux éthiques liés notamment au bien-être animal

Le cochon s’est imposé non par hasard, mais parce qu’il représente un compromis entre proximité biologique, faisabilité et acceptabilité sociale. Si les essais confirment la sécurité et la durabilité des greffes, le porc pourrait bientôt devenir un allié inattendu mais essentiel de la médecine humaine.

Coralie Thieulin ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.

Et si la physique des particules pouvait améliorer la cuisson des pâtes ? En scrutant leur structure à l’échelle atomique, des chercheurs ont compris comment le gluten maintient la fermeté des spaghettis et pourquoi les versions sans gluten restent si fragiles.

Que vous préfériez vos spaghettis al dente ou délicieusement fondants, il n’est pas toujours facile d’atteindre la perfection à la maison. Beaucoup d’entre nous ont déjà vu leurs pâtes se transformer en une bouillie beige – surtout lorsqu’il s’agit d’alternatives sans gluten.

Alors, quelle quantité d’eau et de sel faut-il vraiment utiliser, et combien de temps faut-il cuire les pâtes pour obtenir un résultat optimal ? Et surtout, comment adapter sa méthode de cuisson quand on utilise des pâtes sans gluten ? Une étude récente que mes collègues et moi avons menée, publiée dans Food Hydrocolloids, apporte des réponses en dévoilant la physique du processus de cuisson.

En nous tournant vers le Diamond Light Source, le synchrotron national du Royaume-Uni (un accélérateur de particules circulaire), nous avons étudié la diffusion des rayons X sur des pâtes afin d’en révéler la structure interne. Nous nous sommes ensuite rendus à Isis et à l’Institut Laue-Langevin, deux centres de recherche situés respectivement au Royaume-Uni et en France, pour analyser à l’aide de neutrons (qui, avec les protons, composent le noyau atomique) la microstructure des spaghettis classiques et sans gluten soumis à différentes conditions de cuisson.

L’étude montre comment la structure cachée des pâtes se modifie au cours de la cuisson, et pourquoi les versions sans gluten se comportent de manière si différente.

Ce dispositif nous a permis d’examiner la structure de l’amidon et du gluten dans les spaghettis à des échelles très fines, allant de plusieurs dizaines de fois le rayon d’un atome à plusieurs milliers de fois. Nous avons ainsi pu comparer les transformations qui s’opèrent dans les pâtes classiques et sans gluten selon diverses conditions de cuisson – par exemple lorsqu’elles sont trop cuites ou cuites sans sel.

Nos expériences nous ont permis de « voir » séparément les différents composants des pâtes. En mélangeant de l’eau normale et de « l’eau lourde » (qui contient un isotope appelé deutérium), nous pouvions rendre soit le gluten, soit l’amidon invisible au faisceau de neutrons. De cette manière, nous avons pu isoler efficacement chaque structure à tour de rôle et comprendre le rôle respectif de l’amidon et du gluten pendant la cuisson.

Le rôle du gluten et du sel

Notre étude montre que, dans les pâtes classiques, le gluten agit comme une armature solide qui maintient les granules d’amidon en place même pendant l’ébullition, ce qui confère aux pâtes leur fermeté et leur lenteur de digestion. Dans les pâtes sans gluten, en revanche, les granules d’amidon gonflent et s’effondrent plus facilement – ce qui explique leur texture pâteuse et leur dégradation plus rapide lorsque ce type de pâtes est cuit dans des conditions non optimales.

Nous avons également étudié l’effet du sel contenu dans l’eau de cuisson sur la structure des pâtes. Nous avons constaté que le sel ne se contente pas d’améliorer leur goût : il influence fortement la microstructure des spaghettis. Lorsque des pâtes classiques sont bouillies dans une eau salée, le gluten conserve sa structure, et les granules d’amidon sont moins altérés par le processus de cuisson.

Alors, quelle quantité de sel faut-il ajouter pour préserver la structure microscopique des pâtes ? Notre étude a révélé que l’idéal est de sept grammes de sel par litre d’eau, avec une quantité d’eau plus importante nécessaire pour de plus grandes portions de pâtes. Le temps de cuisson idéal est de dix minutes pour les pâtes classiques et onze minutes pour les pâtes sans gluten. À l’inverse, lorsque la concentration en sel était doublée, l’ordre interne se dégradait plus rapidement et la structure des granules d’amidon était significativement altérée par la cuisson.

Pour les pâtes sans gluten, les conclusions étaient encore différentes en raison de l’absence de la protection offerte par le gluten. Même de petites quantités de sel ne pouvaient compenser cette absence. Les composés artificiels à base d’amidons transformés, utilisés par les fabricants pour remplacer le gluten, se dégradaient rapidement. L’exemple le plus extrême de cette dégradation est survenu lorsque les spaghettis sans gluten étaient cuits trop longtemps – par exemple treize minutes au lieu de onze – et dans une eau très salée.

La principale conclusion est donc que les pâtes sans gluten sont structurellement plus fragiles et moins tolérantes à une cuisson prolongée ou à une mauvaise proportion de sel.

Améliorer les alternatives sans gluten

Comprendre la structure des pâtes à des échelles aussi infimes, invisibles même au microscope, aidera à concevoir de meilleurs aliments sans gluten. L’objectif est notamment de créer des alternatives sans gluten plus résistantes aux mauvaises conditions de cuisson et dont la texture se rapproche davantage de celle des spaghettis classiques.

Les pâtes de blé classiques ont un faible indice glycémique, car le gluten ralentit la dégradation des granules d’amidon lors de la digestion. Les pâtes sans gluten, fabriquées à partir de farines de riz et de maïs, manquent souvent de cette structure, ce qui entraîne une libération plus rapide des sucres. Grâce à la diffusion des neutrons, les scientifiques de l’alimentation peuvent désormais identifier quels ingrédients et quelles conditions de cuisson reproduisent le mieux la structure du gluten.

C’est aussi une illustration de la manière dont des outils expérimentaux de pointe, principalement utilisés pour la recherche fondamentale, transforment aujourd’hui la recherche alimentaire. La diffusion des neutrons a joué un rôle essentiel dans la compréhension des matériaux magnétiques, des batteries, des polymères et des protéines. Elle permet désormais aussi d’expliquer le comportement de nos aliments du quotidien à l’échelle microscopique.

Andrea Scotti reçoit des financements de la Fondation Knut et Alice Wallenberg ainsi que du Conseil suédois de la recherche.