Clione limacina est un gastéropode sans coquille, translucide, laissant apercevoir ses organes, d’environ 25 mm de long. Le Papillon de mer possède deux nageoires sur les côtés du corps, qu’il utilise pour se déplacer, mais ne possède pas de branchie.
Les deux sous-espèces qui se différencient par leur longueur corporelle[9]. La sous-espèce du nord vit dans des eaux plus froides, atteint sa maturité à 3 cm, et peut atteindre une taille de 7 à 8,5 cm[9],[10]. Cela en fait de loin le plus grand ange marin[8]. En comparaison, la taille de la sous-espèce méridionale est de 1,2 cm[9], C. elegantissima jusqu'à 3 cm, C. okhotensis jusqu'à 0,8 cm[8] et C. antarctica jusqu'à 3 cm[11].
Les adultes se nourrissent dans une relation prédateur-proie presque exclusivement de papillons marins du genre Limacina : sur Limacina helicina et sur Limacina retroversa[13],[9]. Le processus d'alimentation de Clione limacina est quelque peu extraordinaire. L'appareil buccal (« bouche ») se compose de trois paires de cônes buccaux. Ces tentacules saisissent la coquille de Limacina helicina. Lorsque la proie est dans la bonne position, avec son ouverture de coquille faisant face à la radula de Clione limacina, elle saisit ensuite la proie avec ses crochets chitineux. Ensuite, il extrait complètement le corps de sa coquille et l'avale en entier[14],[15].
Les Limacina adultes sont absents pendant une grande partie de l'année, laissant C. limacina sans accès à leur principale source de nourriture. Une étude de 138 C. limacina pendant une période sans Limacina adulte a révélé que les estomacs de 24 contenaient des restes d'amphipodes et 3 contenaient des restes de calanoïdes[10]. Ce changement de proie temporaire peut leur permettre de survivre en période de famine[10], bien que l'espèce puisse survivre pendant un an sans nourriture[16]. Sous une famine aussi exceptionnelle en laboratoire, la longueur des limaces a diminué en moyenne de 22,4 à 12 mm[16].
Les premiers stades larvaires de C. limacina se nourrissent de phytoplancton, mais à partir du dernier stade larvaires, cela change pour Limacina[10]. Le développement de ces deux espèces est parallèle et les petits C. limacina se nourrissent de Limacina de taille similaire, tandis que les grands C. limacina évitent les petits Limacina (y compris ses larves)[10].
Au Svalbard, le cycle de vie de C. limacina semble être d'au moins 2 ans[9]. C'est un hermaphrodite et les observations suggèrent que c'est simultané[10]. Il se reproduit au printemps et en été, et les œufs mesurent environ 0,12 mm[10].
Clione limacina est une proie de mangeurs planctoniques, tels que les baleines à fanons[9], ce qui a conduit historiquement les marins à l'appeler « nourriture de baleine »[17]. Certains poissons sont également ses prédateurs[9]. Par exemple, le saumon kéta, Oncorhynchus keta, est un prédateur majeur des anges marins[18].
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