CHAPITRE XIII

MÉCANISME INTIME DE LA PRODUCTION DE LA LUMIÈRE PHYSIOLOGIQUE : LUCIFÉRASE, LUCIFÉRINE, LUCIFÉ- RESCÉINE.

S il fallait faire l’'énumération, l’analyse et la critique de toutes les hypothèses imaginées pour expliquer le mécanisme intime par lequel la lumière physiologique prend naissance, on devrait consacrer à ce travail un fort volume. Ce dernier serait peut-être de quelque utilité si la solution définitive du problème était encore à souhaiter, mais il est aujourd’hui sans objet puisque celle-ci, tant et si longtemps cherchée, a été trouvée et démontrée exacte expérimentalement (1).

Un ouvrage de ce genre ne présenterait plus qu'un intérêt historique et philosophique montrant principalement combien ont été multiples les efforts des nombreux chercheurs, parmi lesquels se trouvent des hommes éminents, qui ont vainement essayé de déchiffrer celte fascinante énigme de la nature.

L'insuccès de ces efforts a tenu à trois causes principales :

La première est que les substances photogènes ne sont produites que par des organismes assez rares, de petite taille, en petite quantité, et ne se montrant souvent qu’à de certains

(1) Nora. — Mes principales expériences sur la réaction photogène au moyen de la luciférase et de la luciférine ont été répétées à la Sorbonne devant une commission académique composée de MM. Bou chard, d’Arsonval, Dastre, Henneguy et, publiquement, à l'aquarium du Palais Océanographique de Monaco, lors du Congrès international de Zoologie de 1913, ainsi qu’au laboratoire de physiologie de Grüningue, pendant le Congrès international de physiologie, en septembre 1913 et dans diverses autres circonstances.

moments, Ces substances sont, en outre, très inslables et souvent détruites au fur et à mesure de leur production.

La difficulté est venue, en second lieu, de ce qu'avant moi nul n'avait entrepris des recherches comparatives dans toute la série des animaux et des végétaux, et simultanément au point de vue anatomique, physiologique, chimique ; pourtant il n'y avait qu'une étude générale ontologique et phylogénique qui pouvait montrer que partout le mécanisme intime de la biophologénèse est fondamentalement le même.

Enfin, la troisième cause des insuccès, et non la moindre, est qu'un grand nombre de chercheurs se sont laissés guider par des idées préconçues, au lieu de s’en tenir aux faits dans ce qu'ils avaient de plus général. Ils ont confondu ce qu'il y avait d’accessoire avec ce qui élait fondamental, ou bien ils ont attribué à l’organisation et au fonctionnement cellulaire la fabrica- Lion de la lumière, intimement liée, par conséquent, dans leur esprit, à la vie de la cellule et à son intégrité fonctionnelle.

Dès 1886 cependant, j'avais démontré que même chez les Insectes lumineux, la réaction photogène n’est nullement liée à l'intégrité de la cellule; en broyant celle-ci avec de l’eau et en filtrant au papier, on oblenait une liqueur lumineuse ne renfermant plus aucune cellule, aucun fragment cellulaire.

Je prouvais, en outre, que dans cette liqueur, la lumière résullait du conflit de deux substances dont l’une se comportait comme un ferment, comme une zymase.

Pour cela, je plongeais un organe bien lumineux de Pyrophore pendant un temps très court dans l’eau bouillante et l'en retirais aussitôt éteint. D'autre part, un autre organe cru était trituré jusqu’à extinction de la lumière, ainsi que Île premier avec un peu d’eau, mais isolement. Ces deux préparations n'émettaient aucune clarté à l'air libre, mais venait-on à les mélanger, aussitôt apparaissait la lumière.

La quantité de substances photogènes était trop faible chez les Pyrophores, et ces Insectes des Antilles trop rares pour qu’il me fût possible de pousser plus loin l'analyse.

Je me mis en quête d'un animal photogène plus commun et plus riche en principes photogènes.

La Pholade dactyle répondit complètement à mon désir. Je me contenterai de résumer ici mes principales expériences, que tout le monde peut facilement répéter.

a) Le siphon de la Pholade est fendu de manière à mettre à nu les organes photogènes : il est desséché ; plusieurs semaines après avoir été conservé bien sec, on peut rallumer ses organes éteints en le faisant macérer quelques instants dans l’eau froide ;

b) Au lieu de dessécher directement les siphons, on peut les enrober dans du sucre en poudre : ils cessent de briller, mais se rallument avec l’eau, mème au bout de plusieurs mois ;

c) La fonte d’une partie du sucre dans le liquide rejeté par les siphons frais produit un sirop épais qui donne encore au bout de plusieurs mois, par son mélange avec 3 ou 4 parties d’eau, une belle liqueur lumineuse. On à done, de cette façon, pour ainsi dire de la lumière en bouleille ; ce sirop, chauffé à 65°, ne donne plus de lumière par son mélange avec l’eau, mais seulement après addition des agent oxydants dont il sera question plus loin.

d) Si l’on introduit dans une théière en grès des fragments de siphons frais, ou conservés dans du sucre, et que l’on verse dessus de l’eau bouillante, qui, par son contact avec le vase et les fragments de siphon, tombe rapidement à 65° environ, on obtient un infusum non lumineux ;

e) Ge liquide ne brille pas par agitation en présence de l'air ; c’est le liquide A ;

f) Si, d'autre part, on fait macérer dans de l’eau tiède, en agitant de temps en temps, des fragments des siphons frais ou confits, on obtient un liquide lumineux qui finit par s’éteindre et ne plus briller au contact de l'air par agitation : c’est le liquide B ;

g) Si l’on mélange les deux liquides A et B la lumière apparaît ;

i) L'action photogène du liquide B peut être remplacée par celle d’une parcelle de permanganate de potasse ou d’un certain nombre d’autres substances chimiques oxydantes ;

j) Si Pon chauffe à 100°, et même à une température un peu supérieure à 70°, le liquide A, il ne donne plus aucune lumière avec le liquide B, ni avec le permanganate de potasse ou autres oxydants : il s’est formé par la chaleur dans le liquide A un précipité floconneux ;

k) 11 se produit aussi des flocons de coagulation quand on chauffe le liquide B, mais on constate, en outre, que vers 60° il perd définitivement tout pouvoir photogène ;

1) La réaction photogène s’opère donc entre deux substances coagulables par la chaleur, dont l’une est détruite au-dessus de 70° et l'autre vers 60°. Si l’on porte à l’ébullition le liquide où la réaction

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lumineuse a commencé à se produire, et où elle se continuerait à froid pendant longtemps, elle est aussitôt supprimée ;

m) Les deux substances photogènes des liquides A et B présentent tous les caractères des substances proléiques :

n) La substance active purifiée de À ne renferme pas de phosphore et possède les caractères généraux des albumines naturelles : je lui ai donné le nom de luciferine ;

o) L’ammoniaque liquide active fortement la réaction photogène ;

p) Les siphons frais ou séchés ne renferment aucune substance lipoïde ni aucun composé volatil photogène ;

q) Toutes les causes physiques ou chimiques qui entravent, favorisent, retardent ou suppriment les réactions zymasiques agissent de même sur le mélange de A et de B ;

r) Le principe actif B jouit des propriétés générales des zymases ; son action est oxydante : je lui ai donné le nom de « Luciférase ». I n'est pas spécial aux organismes photogènes, car on peut provoquer l'apparition de la lumière dans le liquide A au moyen du sang de divers animaux à sang froid appartenant aux Mollusques et aux Crustacés marins. Je n’ai pas rencontré de luciférine, malgré de nombreuses recherches, en dehors des organismes lumineux ;

s) Le sirop photogène résultant du contact des siphons avec le sucre en poudre est légèrement louche. Au bout de plusieurs mois de repos à l'obscurité, on voit monter à sa surface une crème brun jaunâtre. On y trouve alors des vacuolides en abondance, à forme un peu différentes de celles de la purpurase, qui sont réniformes, car elles sont ovoïdes ; ce sont les vacuolides de la luciférase, qui, comme la purpurase à vacuolides réniformes, est une « macrozymase ».

La luciférase et la lueiférine sont des substances très altérables à l'état de pureté : leur préparation et leur purification exigent des manipulations délicates et compliquées, dont le détail ne saurait figurer ici. Nous nous contenterons de donner les caractéristiques chimiques de ces deux substances photogènes.

Luciférase. — Elle n’est pas détruite par une solution de fluorure de sodium à 1 p. 100, ce qui exelut l’idée d’une action cellulaire ow micro-organique ; elle traverse facilement les filtres en papier, beaucoup plus difficilement les filtres en porcelaine, et ne dialyse pas.

La luciférase décompose énergiquement l’eau oxygénée ; la chaleur augmente son activité photogène avec un optimum compris entre 30° et 40° ; elle est détruite à 60°. Elle résiste aux plus grands froids et son mélange aqueux avee la luciférine brille encore à — 5°, même après congélation, mais beaucoup plus faiblement.

Les sels neutres, le sucre, en solutions concentrées, suspendent, sans la détruire, son activité, qu’elle retrouve par dilution suffisante avec l’eau.

L'alcool fort la précipite, mais en la détruisant ; le chloroforme, l’éther, l’acétone, le formol la décompose lentement.

La luciférase présente les caractères généraux des substances protéiques et se montre dans les tissus sous la forme vacuolidaire.

Elle ne renferme ni manganèse, ni cuivre, mais du fer dissimulé : c'est une zymase ferrique.

Son caractère spécifique est de donner de la lumière avec la luciférine en présence de l'eau.

Son poüvoir oxydant est établi par ce fait que, dans la réaction photogène, elle peut être remplacée par le permanganate de potasse, le bioxyde de plomb, le bioxyde de baryum et surtout en traitant la luciférine d’abord par quelques gouttes d’eau oxygénée, puis par un peu de protosulfate de fer ou de citrate ammoniacal de fer additionné d’un peu d’ammoniaque, ou bien encore simplement d’un peu de sang ou d’hématine. On peut encore démontrer son caractère oxydant par une foule d’autres réactifs :

Elle ne bleuit pas, ou faiblement, la teinture de gaïac, sauf après addition d’un peu d’eau oxygénée neutre ; elle colore le gaïacol en jaune, le pyrogallol en brun marron, la quinone en brun, le chlorhydrate de diamidophénol en bleu, puis en vert, puis en brun, le mélange de néaphtol et de paraphénylène-diamine en bleu, etc.; la plupart de ces réactions sont activées par l’ammoniaque. Elle décolore la liqueur de Tromsdorf bleuie par une trace de nitrite de sodium et d’acide sulfurique.

La luciférase constitue un type d’oxydase assez spécial, se rapprochant par certains côtés des peroxydases et par d’autres des oxydones de Stern et Battelli.

Luciférine. — Cette substance présente les caractères spécifiques des albumines naturelles, qu'il n’est pas utile d’énumérer ici ; elle n’est pas phosphorée.

Le rôle de la luciférase consiste, en définitive, à emprunter de l'oxygène au milieu ambiant et à le combiner à la luciférine. La biooxyluminescence exige donc non seulement de l’eau et de l'oxygène libre, mais encore ün corps oxydant indirectement la Tuciférine. Il n'y a pas oxydation directe, comme avec le phosphore et avec certains corps organiques volatils. Dans la liqueur photogène de la Pholade, il se forme des cristaux présentant les mêmes formes que ceux de la sécrétion lumineuse de l’Orya barbarica (voir fig. 11), mais on ne saurait expliquer le phénomène lumineux par la cristalloluminescence.

Quand on fait agir in vitro la luciférase sur la luciférine, toutes deux purifiées par dialyse, on voit se former une infinité de petites granulations arrondies, en tout semblables à celles que l’on trouve en abondance dans les Noctiluques, les organes lumineux des In-

sectes, etc., ete. Ces granulations non photogènes, séparées par centrifugation, donnent la réaction xanthique : elles proviennent manifestement de l'oxydation de la luciférine (1).

Mes recherches plus récentes sur la Pholade dactyle confirment donc absolument les conclusions de mes études anciennes sur le Pyrophore noctiluque.

La luciférase et la luciférine, très altérables à l’état pur, se conservent longtemps dans les solutions saturées de sucre, soit ensemble,

soit séparément.

Le pouvoir éclairant de la réaction photogène est très augmenté chez certains animaux (Insectes, Céphalopodes, Poissons) par des dispositifs de perfectionnement.

EN RÉSUMÉ, le phénomène uliime de la biophotogénèse se produisant à froid doit prendre place parmi ceux que Wiedemann a groupés sous le nom de LUMINESCENCES et qu'il a divisés en un certain nombre de groupes.

La biophotogénèse s'obtenant, en dernière analyse, en dehors de toute cellule ou débris de cellule, IN vitro, par double réaclion, en présence de l'eau et de l'air, peut étre rangée dans le groupe des CHIMIE-LUMINESGENCES, à moins que l’on admetle que la luciférase est encore quelque chose de vivant, les zymases présentant la plupart des propriétés du bioprotéon ou substance vivante. Il y aurait lieu, dans ce cas, de conserver le groupe des BIOLUMINESCENCES.

Autrement, celte luminescence appartient au sous-groupe des CHIMIE-LUMINESCENCES PAR OXYDATIONS, OÙ OXY-LUMINESCENCES, el à la catégorie des zYMo-OXY-LUMINESCENCES, représentée uniquement, jusqu'à présent, par l'oxydation de la luciférine par la luciférase.

C'est en 1886 que j'ai signalé l'existence de cette zymase oxydante dans les organes lumineux du Pyrophore noctiluque (2).

A cette époque, on connaissait déjà des phénomènes d'oxy-

(1) Voir pour les renseignements complémentaires :

RaPpaaEz Dugois, De la place occupée par la biophotogénèse dans la série des phénomènes lumineux, Ann. de la Soc. linn., Lyon, 12 janvier 1914, et ibid., Examen critique de la question de la biophotogé-

nèse, chez Rey édit., Lyon.

(2) Voir les Élatérides. lumineux, p. 266-267 : loc. cit., p. 54.

luminescence, mais purement chimiques, tels que celui du phosphore et ceux qui accompagnent l’échauffement des corps gras dans certaines préparations pharmaceutiques. Radziszewski avait aussi montré que la potasse alcoolique, et méme d'autres alcalis, peuvent en oxydant certaines substances (la lophine, par exemple) donner, à froid, de la lumière. Mais ce chimiste ne fit aucune expérience sur les animaux ou sur les végétaux photogènes.

J'ai accru beaucoup le nombre des corps chimiques susceptibles de fournir de la lumière à froid par oxydation indirecte, en milieu liquide, et montré, en même temps, qu'il y avait là le principe d'une nouvelle méthode permettant de déterminer le degré de pureté et de déceler les falsifications de certaines substances (essence de rose, par exemple) (1). La plus curieuse est un glucoside, principe extractif végétal naturel: l'esculine. Non seulement elle est fluorescente, comme les luciférescéines, mais encore elle donne une belle lumière très analogue à celle du mélange luciférine-luciférase et se manifestant également par l'action de l'eau oxygénée, de l'hématine et de l’ammoniaque. Cette substance pourtant ne brille pas avec la luciférase.

Il existe peut-être plusieurs variétés de luciférases et de luci- Jérines, mais ce ne sont que des variétés, et le processus photogénique est le même partout.

On rencontre chez certains animaux des dispositifs organiques de perfectionnement qui augmentent beaucoup le pouvoir éclairant de la réaction photogène.

On peut affirmer aujourd'hui que le problème de la biophotogénèse, considéré dans son essence méme, et en dernière analyse, est résolu, puisqu'il s'agit d'une CHIMIE-ZYMO-OXY-LUMINESCENCE produite par des composés chimiquement caractérisés.

(1) RAPHAEL Dugois, Luminescence obtenue avec certains composés organiques. C. R. de l'Ac. des Sc., p. 431, 1901.