Qui es-tu ? 

Je m’appelle Marcel Koken. Je suis de nationalité néerlandaise et travaille en France depuis 1994 pour le Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS). Depuis 9 ans je m’intéresse aux mécanismes et aux fonctions de la bioluminescence (la lumière produite par les organismes) et de la fluorescence naturelle.

Marcel sur le pont du WHY en Alaska – © Franck Gazzola – Under The Pole

Pourquoi la bioluminescence et la fluorescence naturelle ?

Pendant 20 ans j’ai fait de la recherche fondamentale, notamment l’étude des interactions entre protéines. Au bout d’un certain temps, j’ai souhaité élargir mes recherches dans des domaines aux applications concrètes. J’ai pensé à travailler sur les protéines fluorescentes, qui ont révolutionné l’imagerie médicale.

À cette époque, il n’existait que la Green Fluorescent Protein (GFP), une protéine découverte sur des méduses du Pacifique Nord, ne fluoresçant qu’en vert, jaune et bleu.

Au travers de mes recherches, je suis tombé par hasard sur une publication de 1984 décrivant un poisson des grands fonds émettant une lumière rouge fluorescente. J’ai embarqué sur un bateau, c’était le N/O Thalassa d’IFREMER pour finalement retrouver ce poisson au-delà de mille mètres. J’ai réussi à isoler cette protéine pour l’étudier plus en détail.

Je m’intéresse beaucoup aux raisons qu’ont ces animaux d’émettre de la lumière. Les applications directes dérivant de ces protéines nous permettent de financer nos recherches, mais ce qui me passionne est de comprendre pourquoi ces animaux les utilisent. La raison biologique qui se cache derrière chaque éclat de lumière ! Par exemple, je travaille sur un ver de terre luminescent qui semble émettre de la lumière pour se défendre de ses prédateurs.

Quel est l’intérêt de disposer de protéines de différentes couleurs ?

Tout simplement pour étudier simultanément le chemin que suivent différentes protéines, en les marquant avec différentes couleurs afin de les identifier, et de pouvoir observer au même moment comment elles se déplacent au sein de la cellule ou comment elles interagissent. La couleur rouge a un autre avantage : tout le monde est à sa recherche puisqu’autour des 700 nanomètres de longueur d’ondes (couleur rouge profond), le tissu humain devient translucide, ce qui permettrait de voir de l’extérieur ce qui se passe à l’intérieur de notre corps.

Les protéines fluorescentes émettent différentes couleurs – © Gaël Lagarrigue – Under The Pole

Qu’est-ce qu’Under The Pole peut apporter à ta recherche que tu ne puisses pas trouver ailleurs ?

L’avantage d’UTP c’est qu’ils vont dans des régions du globe où peu de navires scientifiques se rendent. Et même si des projets de recherche arrivent à financer une telle campagne, les plongeurs scientifiques ne peuvent descendre au-delà des 50 mètres tandis que les robots descendent à des profondeurs beaucoup plus importantes. La zone comprise entre 50 et 150m, appelée « Twilight Zone », est donc rarement échantillonnée. De ce fait, lorsque UTP m’a proposé d’embarquer je n’ai pas pu refuser cette occasion unique de récupérer de tels échantillons.

Que t’attends-tu à trouver sous ces latitudes ?

L’Arctique est un monde très spécial puisque la majeure partie de l’année, il est plongé dans l’obscurité. Les cycles biologiques diffèrent complètement des autres régions du monde. La nuit polaire, qui dure de novembre à mars, laisse les êtres qui y habitent, dans l’obscurité durant quasiment la moitié de l’année. Mais en vérité, à cause de floraisons d’énorme quantités de microalgues stimulé par le retour de la lumière et qui bloque la pénétration de la lumière vers les fonds de la mer, ils passent presque 9 mois dans ce monde assez sombre pour ensuite vivre pendant 3 mois sous un jour continu. On peut donc imaginer que les 9 mois sombres seraient idéals pour la bioluminescence, puisque les bêtes produisent leur lumière elles-mêmes et ont besoin d’obscurité pour être vues. Par contre, la fluorescence naturelle est dépendante de la lumière du soleil pour la transformer. Le soleil étant absent pendant si longtemps, cela nous laisse penser que ce monde serait peu propice à la fluorescence. Nous souhaitons découvrir comment ce monde polaire brille sous l’eau afin de peut-être trouver des protéines fluorescentes et bioluminescentes encore inconnues par la science. À ma connaissance, nous sommes tout simplement les premiers à les chercher en Arctique, ce qui nous donne de bons espoirs !

As-tu déjà des résultats intéressants ? 

Les premiers résultats montrent qu’en effet, il y a peu de fluorescence dans ces eaux froides. Ce qui n’a pas empêché les plongeurs de trouver des organismes fluorescents intéressants : un chiton (petit molusque primitif) produisant une très belle fluorescence rouge, des oursins avec des pieds verts et des crevettes aux yeux également verts. Pour l’instant il ne s’agit que d’observations, on ne peut pas être sûr des résultats. On congèle à -80°C ce qui nous intéresse, puis à notre retour en France nous essaierons de comprendre biochimiquement ce que l’on a trouvé.

© Marcel Koken – Under The Pole

C’était plus compliqué d’étudier la bioluminescence puisque la nuit était inexistante jusqu’à la dernière partie de l’expédition. Cependant, lors de mes derniers quarts de nuit à la barre du bateau, s’offrait à mes yeux un spectacle de lumière, avec des flashs qui allumaient tout l’arrière du cockpit. La bioluminescence serait donc bien présente !

Le WHY navigue sur une mer d’organismes bioluminescents – © Franck Gazzola – Under The Pole

Quel est le protocole utilisé pour obtenir les échantillons ? Peux-tu nous décrire une plongée scientifique pour rechercher la fluorescence ?

Les plongeurs sont équipés de lampes étanches Ultra Violets (405nm) et Bleu profond (450nm), de filtres sur leur masque pour détecter la fluorescence, de filets et de petits tubes de prélèvement. Sous l’eau, ils ramassent des échantillons de tout ce qui semble fluorescer. Cependant, attention, les apparences sont parfois trompeuses ! Par exemple, lors de la dernière plongée, ils ont ramené une crevette avec de magnifiques yeux fluorescents, mais ça pourrait être simplement des yeux qui reflètent la lumière, comme ceux des chats. C’est pour cela qu’une fois à bord on vérifie qu’il s’agisse vraiment de fluorescence grâce à une caméra très sensible.

Les échantillons ramenés en surface sont analysés avec précision par Marcel – © Gaël Lagarrigue – Under The Pole

Un bon moment sur le bateau que tu garderas en mémoire ?

Les choses sont beaucoup plus dures que ce que j’avais imaginé, comme avoir un coin qui ne bouge pas pour travailler avec un peu de calme ! Mais j’ai passé plein de très bons moments… Sans parler de la magnifique aurore boréale au milieu du quart de nuit, mon plus beau souvenir reste la traversée de la mer de Baffin, entre le Groenland et le Canada. Au changement de quart, nous avons pris la barre pour zigzaguer entre les glaces, au milieu du brouillard, et après trois heures à « galérer » pour trouver un passage…nous sommes arrivés, la glace s’est dispersée, le brouillard s’est levé et le soleil est devenu si intense qu’il nous chauffait la peau. Et puis nous avons vu les montagnes du Canada apparaître au loin ! En cinq minutes la température a chuté jusqu’à -10ºC, le vent est passé de 0 à 40 nœuds… Alors on a filé entre les blocs de glace vers le Canada.

Et un bon moment de galère aussi, pour ne pas oublier ?

La plongée dans ces eaux froides est toujours une galère ! Ma combinaison était bien étanche, mais ne me laissait pas beaucoup de place pour respirer ! Sans parler du froid… La logistique pour plonger ici n’est jamais un plaisir en soi, mais paradoxalement on fait ça parce qu’on l’aime aussi… et c’est ce qui la rend exceptionnelle !