Corals and sea anemones turn sunscreen into toxins – understanding how could help save coral reefs

Les bouteilles de crème solaire sont souvent étiquetées comme « respectueuses des récifs » et « sans danger pour les coraux ». Ces affirmations signifient généralement que les lotions ont remplacé l’oxybenzone – un produit chimique qui peut nuire aux coraux – par autre chose. Mais ces autres produits chimiques sont-ils vraiment plus sûrs pour les récifs que l’oxybenzone ?

Cette question nous a amenés, deux chimistes de l’environnement, à nous associer à des biologistes qui étudient les anémones de mer comme modèle pour les coraux. Notre objectif était de découvrir comment la crème solaire nuit aux récifs afin que nous puissions mieux comprendre quels composants des crèmes solaires sont vraiment “sans danger pour les coraux”.

Dans notre nouvelle étude, publiée dans Science, nous avons découvert que lorsque les coraux et les anémones de mer absorbent l’oxybenzone, leurs cellules le transforment en phototoxines, des molécules nocives dans l’obscurité mais qui deviennent toxiques à la lumière du soleil.

Les récifs du monde entier – comme la Grande Barrière de Corail vue ici – blanchissent et meurent à cause de facteurs de stress tels que l’augmentation de la température de l’eau, et les écrans solaires peuvent aggraver les problèmes.
Amanda TinocoCC BY-ND

Protéger les gens, nuire aux récifs

La lumière du soleil est composée de nombreuses longueurs d’onde de lumière différentes. Les longueurs d’onde plus longues – comme la lumière visible – sont généralement nocives. Mais la lumière à des longueurs d’onde plus courtes – comme la lumière ultraviolette – peut traverser la surface de la peau et endommager l’ADN et les cellules. Les écrans solaires, y compris l’oxybenzone, agissent en absorbant la majeure partie de la lumière UV et en la convertissant en chaleur.

Les récifs coralliens du monde entier ont souffert au cours des dernières décennies du réchauffement des océans et d’autres facteurs de stress. Certains scientifiques pensaient que les crèmes solaires provenant des nageurs ou des rejets d’eaux usées pourraient également nuire aux coraux. Ils ont mené des expériences en laboratoire qui ont montré que des concentrations d’oxybenzone aussi faibles que 0,14 mg par litre d’eau de mer peuvent tuer 50 % des larves de corail en moins de 24 heures. Alors que la plupart des échantillons de terrain ont généralement des concentrations de crème solaire plus faibles, un récif de plongée en apnée populaire dans les îles Vierges américaines contenait jusqu’à 1,4 mg d’oxybenzone par litre d’eau de mer, soit plus de 10 fois la dose létale pour les larves de corail.

Un schéma chimique de l'oxybenzone.
L’oxybenzone est un ingrédient commun à de nombreux écrans solaires.
Fvasconcellos via WikimediaCommons

Probablement inspirés par cette recherche et un certain nombre d’autres études montrant des dommages à la vie marine, les législateurs d’Hawaï ont voté en 2018 pour interdire l’oxybenzone et un autre ingrédient des crèmes solaires. Peu de temps après, les législateurs d’autres endroits avec des récifs coralliens, comme les îles Vierges, Palau et Aruba, ont mis en place leurs propres interdictions.

Il y a toujours un débat ouvert sur la question de savoir si les concentrations d’oxybenzone dans l’environnement sont suffisamment élevées pour endommager les récifs. Mais tout le monde s’accorde à dire que ces produits chimiques peuvent causer des dommages dans certaines conditions, il est donc important de comprendre leur mécanisme.

Un certain nombre de petits tubes à essai avec de petites anémones de mer qui poussent à l'intérieur.
En plaçant des anémones de mer dans des tubes à essai contenant de l’oxybenzone et en contrôlant les types de lumière auxquels elles étaient exposées, nous pouvions voir si la crème solaire réagissait à la lumière.
Djordje VuckovicCC BY-ND

Crème solaire ou toxine

Alors que des preuves en laboratoire avaient montré que la crème solaire pouvait nuire aux coraux, très peu de recherches avaient été menées pour comprendre comment. Certaines études ont suggéré que l’oxybenzone imite les hormones, perturbant la reproduction et le développement. Mais une autre théorie que notre équipe a trouvée particulièrement intrigante était la possibilité que la crème solaire se comporte comme une toxine activée par la lumière dans les coraux.

Pour tester cela, nous avons utilisé les anémones de mer que nos collègues élèvent comme modèle pour les coraux. Les anémones de mer et les coraux sont étroitement liés et partagent de nombreux processus biologiques, y compris une relation symbiotique avec les algues qui y vivent. Il est extrêmement difficile d’effectuer des expériences avec des coraux dans des conditions de laboratoire, de sorte que les anémones sont généralement bien meilleures pour des études en laboratoire comme la nôtre.

Nous avons placé 21 anémones dans des tubes à essai remplis d’eau de mer sous une ampoule qui émet tout le spectre de la lumière solaire. Nous avons recouvert cinq des anémones d’une boîte en acrylique qui bloque les longueurs d’onde exactes de la lumière UV que l’oxybenzone absorbe normalement et avec lesquelles il interagit. Puis nous avons exposé toutes les anémones à 2 mg d’oxybenzone par litre d’eau de mer.

Les anémones sous la boîte en acrylique étaient nos échantillons “sombres” et celles en dehors de nos échantillons “clairs” de contrôle. Les anémones, comme les coraux, ont une surface translucide, donc si l’oxybenzone agissait comme une phototoxine, les rayons UV frappant le groupe clair déclencheraient une réaction chimique et tueraient les animaux – tandis que le groupe sombre survivrait.

Nous avons mené l’expérience pendant 21 jours. Le sixième jour, la première anémone du groupe léger est morte. Au jour 17, ils étaient tous morts. En comparaison, aucune des cinq anémones du groupe sombre n’est morte pendant les trois semaines.

Un gros plan d'un corail bleu.
Les coraux – comme le corail champignon vu ici – et les anémones de mer absorbent l’oxybenzone et le métabolisent, mais ce faisant, ils le transforment en toxine.
Christian RenickeCC BY-ND

Le métabolisme convertit l’oxybenzone en phototoxines

Nous avons été surpris qu’un écran solaire se comporte comme une phototoxine à l’intérieur des anémones. Nous avons mené une expérience chimique sur l’oxybenzone et confirmé qu’à lui seul, il se comporte comme un écran solaire et non comme une phototoxine. Ce n’est que lorsque le produit chimique a été absorbé par les anémones qu’il est devenu dangereux à la lumière.

Chaque fois qu’un organisme absorbe une substance étrangère, ses cellules essaient de se débarrasser de la substance en utilisant divers processus métaboliques. Nos expériences ont suggéré que l’un de ces processus transformait l’oxybenzone en phototoxine.

Pour tester cela, nous avons analysé les produits chimiques qui se sont formés à l’intérieur des anémones après les avoir exposées à l’oxybenzone. Nous avons appris que nos anémones avaient remplacé une partie de la structure chimique de l’oxybenzone – un atome d’hydrogène spécifique sur un groupe alcool – par un sucre. Le remplacement des atomes d’hydrogène sur les groupes alcool par des sucres est quelque chose que les plantes et les animaux font couramment pour rendre les produits chimiques moins toxiques et plus solubles dans l’eau afin qu’ils soient plus faciles à excréter.

Un tableau chimique montrant deux structures moléculaires différentes.
Lorsque les cellules essaient de traiter l’oxybenzone, elles remplacent une partie d’un groupe alcool (surligné en rouge à gauche) par un sucre (en rouge à droite) et transforment ainsi l’écran solaire en phototoxine.
Djordje VuckovicCC BY-ND

Mais lorsque vous supprimez ce groupe alcool de l’oxybenzone, l’oxybenzone cesse de fonctionner comme un écran solaire. Au lieu de cela, il retient l’énergie qu’il absorbe de la lumière UV et déclenche une série de réactions chimiques rapides qui endommagent les cellules. Plutôt que de transformer l’écran solaire en une molécule inoffensive et facile à excréter, les anémones convertissent l’oxybenzone en une puissante toxine activée par la lumière du soleil.

Lorsque nous avons mené des expériences similaires avec des coraux champignons, nous avons trouvé quelque chose de surprenant. Même si les coraux sont beaucoup plus vulnérables aux facteurs de stress que les anémones de mer, ils ne sont pas morts à cause de l’oxybenzone et de l’exposition à la lumière pendant toute notre expérience de huit jours. Le corail fabriquait les mêmes phototoxines à partir de l’oxybenzone, mais toutes les toxines étaient stockées dans les algues symbiotiques vivant dans le corail. Les algues semblaient absorber les sous-produits phototoxiques et, ce faisant, protégeaient probablement leurs hôtes coralliens.

Deux rangées de photos d'anémones de mer, la rangée du haut montrant une mort plus lente.
Cette série de photos montre comment les anémones de couleur plus foncée sur le dessus avec des algues ont vécu plus longtemps que les anémones de couleur plus claire sur le fond sans algues.
Djordje Vuckovic et Christian RenickeCC BY-ND

Nous soupçonnons que les coraux seraient morts des phototoxines s’ils n’avaient pas eu leurs algues. Il n’est pas possible de garder des coraux sans algues en vie dans le laboratoire, nous avons donc fait quelques expériences sur des anémones sans algues à la place. Ces anémones sont mortes environ deux fois plus vite et avaient presque trois fois plus de phototoxines dans leurs cellules que les mêmes anémones avec des algues.

Blanchiment des coraux, crèmes solaires « sans danger pour les récifs » et sécurité humaine

Nous pensons qu’il y a quelques points importants à retenir de nos efforts pour mieux comprendre comment l’oxybenzone nuit aux coraux.

Premièrement, les événements de blanchissement des coraux – au cours desquels les coraux expulsent leurs symbiotes algaux en raison des températures élevées de l’eau de mer ou d’autres facteurs de stress – laissent probablement les coraux particulièrement vulnérables aux effets toxiques des écrans solaires.

Deuxièmement, il est possible que l’oxybenzone soit également dangereuse pour d’autres espèces. Dans notre étude, nous avons découvert que les cellules humaines peuvent également transformer l’oxybenzone en une phototoxine potentielle. Si cela se produit à l’intérieur du corps, là où aucune lumière ne peut atteindre, ce n’est pas un problème. Mais si cela se produit dans la peau, où la lumière peut créer des toxines, cela pourrait être un problème. Des études antérieures ont suggéré que l’oxybenzone pourrait présenter des risques pour la santé humaine, et certains chercheurs ont récemment appelé à davantage de recherches sur sa sécurité.

Enfin, les produits chimiques utilisés dans de nombreux écrans solaires alternatifs “sans danger pour les récifs” contiennent le même groupe d’alcool que l’oxybenzone – ils pourraient donc également être convertis en phototoxines.

Nous espérons que, pris ensemble, nos résultats conduiront à des écrans solaires plus sûrs et contribueront à éclairer les efforts de protection des récifs.

[Understand new developments in science, health and technology, each week. Subscribe to The Conversation’s science newsletter.]

Leave a Comment