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L'imagerie quantique " fantôme " révèle le côté obscur des plantes

L'intrication permet aux chercheurs d'observer les plantes en action sans lumière visible perturbatrice

Imaginez que vous filmiez un jardin en accéléré au cours d'une année : vous verriez les détails des fleurs passant du jour à la nuit et d'une saison à l'autre. Les scientifiques aimeraient observer des transitions similaires à l'échelle moléculaire, mais la lumière intense utilisée pour prendre des photos microscopiques des plantes perturbe les processus que les biologistes veulent observer, en particulier la nuit. Dans un article publié dans la revue Optica, le physicien Duncan Ryan du Laboratoire national de Los Alamos (LANL) et ses collègues ont récemment présenté un outil permettant d'imager des tissus végétaux vivants tout en les exposant à moins de lumière que celle qu'ils recevraient sous les étoiles.

Une technique appelée imagerie fantôme, démontrée pour la première fois en 1995, consiste à diviser une source lumineuse pour créer deux photons de longueurs d’onde différentes exactement au même moment et au même endroit. Les photons sont intriqués, un phénomène quantique qui permet aux chercheurs de déduire des informations sur une particule d’une paire en mesurant l’autre. Ainsi, un échantillon peut être sondé à une longueur d’onde et imagé à une autre.

Pour les plantes, cela signifie que les chercheurs peuvent photographier les objets avec des photons de lumière visible et obtenir des informations sur les photons infrarouges qui interagissent avec les molécules riches en eau qui sont importantes pour les fonctions biologiques. Pour ce faire, dans la nouvelle étude, l'équipe a dirigé un flux de photons infrarouges vers une plante dans une boîte transparente avec un compteur de photons derrière elle tout en pointant les homologues visibles de ces particules vers une boîte vide à la même distance avec une caméra derrière elle. Chaque photon visible dirigé vers la boîte vide a touché un pixel et a été détecté à son emplacement précis - une mesure qui était beaucoup plus précise que celle qu'une caméra infrarouge pourrait réaliser. Pendant ce temps, les photons infrarouges se sont rendus dans la boîte de la plante, mais ils n'ont pas tous été comptés : la plante a absorbé un certain pourcentage de photons à un endroit donné. Un ordinateur a enregistré la position d'un pixel uniquement lorsqu'un photon a touché simultanément la caméra et le compteur. De cette façon, les chercheurs ont pu construire une image d'une feuille de la plante en utilisant des photons qui ne l'ont jamais touchée, formant essentiellement une image infrarouge sur une caméra visible. " C'est comme une partie de bataille navale ", explique Ryan.

L'imagerie fantôme s'est avérée efficace pour capturer des images de modèles de test plus simples. Mais pour les échantillons à faible transmission lumineuse tels que les plantes, les caractéristiques microscopiques ne diffèrent souvent que de quelques pour cent en termes d'absorption. L'astuce réside dans un détecteur extrêmement sensible développé au LANL qui suit l'arrivée de chaque photon infrarouge avec une précision de l'ordre du milliardième de seconde, ce qui leur permet de cartographier les tissus des feuilles et d'observer les activités nocturnes des plantes vivantes. " Nous avons vu les pores des feuilles (appelés] stomates) se fermer lorsque les plantes réagissent à l'obscurité", explique Ryan.

" L’imagerie fantôme crée des possibilités d’imagerie dynamique à longue échéance qui n’endommage pas les échantillons vivants ", explique Audrey Eshun, chercheuse en spectroscopie laser et en optique quantique du Lawrence Livermore National Laboratory, qui qualifie la nouvelle étude d’" étude véritablement innovante ".

Ce type d’observation permet de suivre la façon dont les plantes utilisent l’eau et la lumière du soleil tout au long de leur cycle circadien. " Nous observons les plantes réagir à leur environnement, explique Ryan, et non à nos observations. "

Auteur: Internet

Info: https://www.scientificamerican.com/, 18 septembre 2024, Rachel Berkowitz

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