Les couleurs du monde naturel, du rouge vif des coquelicots au bleu électrique des libellules, sont bien plus que de simples teintes. Elles révèlent des mécanismes complexes où pigments et structures microscopiques jouent un rôle crucial. Des chercheurs du CNRS et de Sorbonne Université ont récemment mis en lumière ces processus, ouvrant de nouvelles perspectives sur l’évolution des espèces et l’innovation technologique.
Les deux mécanismes de la coloration naturelle
Il existe deux principaux mécanismes pour expliquer les couleurs dans la nature. Le premier repose sur les pigments des molécules qui absorbent certaines longueurs d’onde de la lumière et en réfléchissent d’autres. Par exemple, les chlorophylles donnent leur teinte verte aux plantes, tandis que les anthocyanes produisent des couleurs rouges, bleues et violettes. Les mélanines quant à elles, sont responsables des couleurs de la peau et des poils chez les animaux.
Le second mécanisme, moins connu, est celui des couleurs structurelles. Ces couleurs sont produites par des structures de taille inférieure au micromètre qui décomposent la lumière et renvoient certaines longueurs d’onde. C’est ce phénomène qui explique le bleu du ciel ou les iridescences d’une bulle de savon. Chez les animaux, le bleu en particulier est, à quelques exceptions près, toujours produit par une structure explique Serge Berthier professeur à Sorbonne Université.
Les coccinelles: un exemple de combinaison de pigments et de structures
Une étude récente menée par une équipe pluridisciplinaire du CNRS a révélé que la couleur des coccinelles ne provient pas uniquement de pigments. En étudiant deux espèces, la coccinelle à deux points (Adalia bipunctata) et la coccinelle à quatorze points (Calvia quatuordecimguttata), les chercheurs ont découvert que la structure microscopique de leurs élytres contribue également à leur coloration.
Pour la coccinelle à deux points, des couches de chitine d’une centaine de nanomètres dans l’exocuticule produisent des interférences qui créent une coloration orange pastel. Les pigments de caroténoïdes intensifient ensuite ce signal, résultant en une couleur rouge orangé. Même en l’absence de pigments, les élytres apparaissent orange pastel, confirmant le rôle des structures.
La coccinelle à quatorze points, quant à elle, doit sa couleur marron orangé à l’effet conjugué des interférences créées par ces multicouches et des pigments. Des concavités à la surface de ses élytres diffusent les ondes lumineuses, créant la coloration blanc crème de ses points.
Les couleurs, un outil d’évolution et de communication
Les couleurs jouent un rôle crucial dans l’adaptation des organismes à leur environnement. Elles peuvent servir de camouflage, comme pour le lièvre commun, ou de signal d’avertissement pour les espèces toxiques. Les teintes variées des fleurs attirent différents pollinisateurs, et chez de nombreuses espèces animales, les femelles préfèrent s’accoupler avec les mâles les plus colorés.
Pour les coccinelles, les motifs formés par les couleurs constituent un signal d’avertissement contre les prédateurs. La découverte d’une composante structurelle ouvre de nouvelles perspectives pour mieux comprendre cette communication par les couleurs. Jusqu’à présent, toutes les études se focalisaient sur la quantité de caroténoïdes qu’une coccinelle trouve dans son alimentation pour expliquer sa couleur. Avec nos travaux, on comprend maintenant que ce n’est pas si simple et que la structure des élytres joue aussi un rôle important souligne Marzia Carrada chargée de recherche au CNRS.
Les chercheurs envisagent d’étudier d’autres espèces de coccinelles pour mettre en évidence des différences dans la structure de leurs élytres, ce qui pourrait expliquer leur adaptation à différents environnements. Ce travail passera également par la recherche de gènes impliqués dans la mise en place de ces structures.
Comprendre les bases génétiques des couleurs aiderait à mieux saisir leur mise en place durant le développement des organismes et comment la sélection naturelle les a façonnées. Pour les couleurs pigmentaires, de nombreux gènes impliqués dans la synthèse des pigments ont déjà été identifiés. Cependant, pour les couleurs structurelles, ce travail ne fait que commencer.
Les applications dérivées du vivant sont déjà nombreuses. Par exemple, une équipe a développé une lignée de papillons à la coloration bleue à partir d’individus bruns, en sélectionnant ceux qui possédaient quelques écailles bleues. Les physiciennes et physiciens ont également développé des applications directement inspirées par les couleurs du vivant, comme des capteurs capables de changer de couleur en fonction de la vapeur à laquelle les papillons sont exposés.
Au-delà du vivant, la nature nous donne à voir d’autres couleurs, parfois inattendues. Par exemple, l’or, réduit à des particules de taille nanométrique, se pare d’un beau rouge rubis. Ces teintes vives et variées proviennent d’un seul et même métal, grâce au phénomène appelé résonance de plasmon. Ces pigments d’un nouveau genre pourraient trouver des applications dans les encres, les peintures, ou même la création de flacons de parfum bichromatiques.
