Des progrès dans la compréhension de la biominéralisation par une nouvelle microscopie X

Chez les organismes vivants, les processus de biominéralisation régulent la croissance des tissus minéralisés, tels que les dents, les os, les coquilles… Ces procédés restent fascinants à étudier pour une meilleure compréhension du monde naturel qui nous entoure et de sa diversité, d'autant plus que ces recherches peuvent contribuer à l'élaboration de procédés biomimétiques pour la réalisation de nouveaux matériaux.

Une équipe interdisciplinaire française, à laquelle participe l'équipe du LIONS de l'UMR NIMBE, s'est intéressée à la bio-formation du carbonate de calcium, dont la structure complexe est encore largement incomprise. La texture complexe de matériaux naturels, observés auprès du synchrotron de l'ESRF par une méthode originale de diffraction de rayons X développée par l'Institut Frenel, est décrite et les résultats publiés dans la revue "Nature Materials". Un point de départ pour comprendre l'élaboration de ce composé, et définir les conditions physiques, chimiques et biologiques nécessaires pour produire de façon synthétique ce type de biominéraux.

La compréhension en sciences des matériaux, paléoclimatologie et sciences de l’environnement des phénomènes de biominéralisation ouvrent des perspectives fascinantes et attirent nombre de chercheurs. Le carbonate de calcium en est une bonne illustration : les théories issues de la cristallisation classique ne peuvent expliquer la formation des structures biominérales calcaires extrêmement complexes, telles que celles observées chez l’oursin ou l’huître perlière par exemple. La formation de ce constituant majeur de la croute terrestre reste ainsi encore largement incomprise.

L’étude, menée par une équipe interdisciplinaire française et publiée dans la revue Nature Materials, exploite une nouvelle microscopie en rayons X permettant de révéler les spécificités structurales du biominéral. Elle conduit à l’identification de modèles probables de biominéralisation.

L’approche développée par cette équipe est motivée par une contradiction apparente : tandis que les espèces vivantes capables de cristalliser le carbonate de calcium produisent une remarquable diversité architecturale aux échelles macro et micrométriques, à l’échelle sub-micrométrique, la structure biominérale se caractérise au contraire, par l'observation constante d'une même structure granulaire et cristalline. Par conséquent, une description des caractéristiques cristallines à cette échelle "mésométrique", c'est-à-dire, à l’échelle de quelques granules (50-500 nm), est une clé pour construire des scénarios réalistes de biominéralisation. C’est également une difficulté majeure pour la microscopie, puisqu’aucune des approches expérimentales actuellement utilisées (électroniques, X ou visibles) n’est capable d’y accéder.

Grâce à la nouvelle approche de microscopie X en synchrotron, la ptychographie de Bragg, développée en 2011 par l’Institut Fresnel, il a été possible de révéler les détails tridimensionnels de l'organisation méso-cristalline des prismes de calcite, les unités minérales constituant l’extérieur de la coquille de l’huître perlière. Bien que ces prismes soient habituellement décrits comme des mono-cristaux "parfaits", il a été possible de mettre en évidence l'existence de grands domaines cristallins d’iso-orientations et d’iso-déformations, légèrement différents les uns des autres. Ces résultats entièrement originaux plaident en faveur de chemins de cristallisation non classiques, comme la fusion partielle d’un ensemble de nanoparticules primaires ou l’existence de précurseurs de type liquides.

Ce résultat a été obtenu dans cadre d’un programme de recherche à 4 ans financé par l’ANR (ANR-11-BS20-0005). Il constitue le point de départ d’un projet ERC Consolidator (#724881), qui a pour objectif d’établir les conditions physiques, chimiques et biologiques nécessaires pour produire des biominéraux synthétiques à la demande.

"Le cœur d’un requin sous la peau d’une lamproie" : un poisson sans dents ni mâchoires bouscule l’évolution

En reconstituant le cerveau, le cœur et les nageoires d’un poisson vieux de plus de 400 millions d’années, des chercheurs montrent que la lignée des vertébrés s’était déjà équipée pour la nage rapide bien avant d’avoir des mâchoires.

(Image : Reconstruction de Norselaspis glacialis, un poisson sans mâchoire âgé de 400 millions d'années. )

À première vue, Norselaspis glacialis ne paie pas de mine. Son crâne fossilisé, découvert il y a plusieurs années au Spitzberg sur l’archipel du Svalbard, est à peine plus grand qu’un ongle. Il semblait trop petit pour livrer beaucoup d’informations mais grâce à une microtomographie synchrotron, réalisée à la source suisse SLS, les chercheurs ont obtenu un modèle 3D d’une précision exceptionnelle. Il révèle l’anatomie interne de ce poisson du Dévonien inférieur (410 à 407 millions d’années). 

Le cœur d’un requin sous la peau d’une lamproie

"C’est comme si on ouvrait une capsule temporelle", explique, dans un communiqué, Tetsuto Miyashita, du Musée canadien de la Nature, qui a dirigé l’étude. Et ce qu’il y a découvert chamboule un scénario bien établi. Jusque-là, les paléontologues pensaient que la nage rapide et la prédation n’étaient apparues qu’après l’évolution des mâchoires. Or, Norselaspis glacialis affiche déjà des traits associés aux vertébrés à mâchoires : une oreille interne développée avec un vestibule haut ainsi que des otoconies (les cristaux impliqués dans l'équilibre chez les humains) encore en place.

Son système sensoriel semble donc capable de détecter les vibrations, de percevoir l’orientation et les accélérations. Dans ses orbites, les empreintes de 7 muscles oculaires révèlent aussi un contrôle visuel fin, preuve qu’un tel agencement était déjà présent chez les premiers vertébrés. 

( Image numérique 3D du crâne de Norselaspis montrant le cerveau et l'oreille interne. )

A l'intérieur du corps, les restes du cœur révèlent une pompe de grande taille reliée à un réseau de vaisseaux conçu pour alimenter rapidement tout le corps. "On pourrait dire que Norselaspis avait le cœur d’un requin sous la peau d’une lamproie", résume Tetsuto Miyashita.

Un sprinteur des grands fonds

Ses nageoires pectorales sont fixées sur une solide ceinture osseuse et sont orientées vers l’avant et le bas. Elles sont adaptées aux mouvements rapides, accélération, freinage ou changements de direction brusques. Ces caractéristiques étaient jusqu’ici associées à des poissons apparus plus tard, dotés de mâchoires et de dents pour capturer leurs proies. Les mâchoires, concluent les chercheurs dans un publication dans la revue Nature, n’ont pas déclenché la révolution des vertébrés, elles sont venues en profiter après coup.

Pour les auteurs, cette évolution précoce pourrait être liée à un grand bouleversement écologique, la "Nekton Revolution", un terme qui désigne les organismes aquatiques capables de se déplacer activement, contrairement au plancton passif. A cette époque (il y a environ 410 à 400 millions d’années), les créatures marines se sont mises à conquérir l'ensemble des milieux marins possibles, au large comme en profondeur. Dans ce contexte, Norselaspis apparaît comme un sprinteur des fonds marins, capable d’échapper aux menaces et de se faufiler entre les courants. "Nous manquions d’images intermédiaires pour comprendre l’ordre d’apparition de ces innovations", précise Michael Coates, de l’Université de Chicago. "Cette découverte change notre manière de voir les débuts des vertébrés".



 

Le temps à trois dimensions : une révolution silencieuse

Imaginez un instant que le temps ne soit plus ce fil tendu, unique et implacable, qui relie le passé au futur. Osez concevoir qu’il puisse, à l’instar de l’espace, se déployer en trois dimensions, tissant une trame invisible et foisonnante où chaque instant recèle une infinité de possibles. C’est la proposition vertigineuse du chercheur Gunther Kletetschka, de l’Université d’Alaska Fairbanks, qui bouleverse les fondements de la physique moderne et invite à repenser la nature même de la réalité.

Un paradigme renversé

Depuis Einstein, l’univers se décrit comme un espace-temps à quatre dimensions : trois pour l’espace, une pour le temps. Mais cette architecture, aussi élégante soit-elle, laisse subsister des énigmes majeures, notamment l’impossibilité de réconcilier la relativité générale et la mécanique quantique. Kletetschka propose alors une audace : et si le temps, lui aussi, possédait trois dimensions, formant une matrice aussi riche et complexe que celle de l’espace ?

Dans cette vision, l’espace ne serait qu’une manifestation secondaire, une peinture déposée sur la toile profonde du temps. Le temps, ainsi démultiplié, deviendrait le véritable socle de l’univers, la matrice originelle d’où jaillissent tous les phénomènes physiques.

Trois axes pour l’infini

Pour saisir cette idée, imaginez marcher sur un sentier : c’est le temps tel que nous le vivons, linéaire, du passé vers le futur. Mais à ce chemin s’ajoutent deux autres, perpendiculaires, qui permettraient de rester au même moment tout en explorant d’autres versions de cet instant, d’autres scénarios possibles. La première dimension du temps correspond à notre expérience quotidienne ; la deuxième ouvre la porte à des alternatives, des univers parallèles d’un même moment ; la troisième permettrait de passer d’un scénario à l’autre, d’explorer la richesse des possibles sans jamais sortir de l’instant présent.

Chaque moment de vie ne serait plus un simple point sur une ligne, mais un volume, un espace à explorer, où se croisent et s’entrelacent d’innombrables chemins temporels.

Vers une théorie du tout ?

L’enjeu de cette théorie n’est pas seulement philosophique. En intégrant trois dimensions temporelles à la structure de l’univers, Kletetschka offre un nouveau cadre mathématique susceptible d’unifier la relativité générale et la physique quantique, ces deux piliers incompatibles de la science moderne. Son modèle, qui combine six dimensions (trois d’espace, trois de temps), permettrait de reproduire avec précision les masses des particules connues et d’en prédire d’autres, encore mystérieuses. Il pourrait aussi expliquer des phénomènes quantiques comme la superposition, où une particule existe dans plusieurs états à la fois, et offrir une nouvelle perspective sur l’origine de la masse.

Une théorie à l’épreuve du réel

Aussi séduisante soit-elle, cette hypothèse reste spéculative. Elle devra affronter l’épreuve du laboratoire, se soumettre à la rigueur de l’expérimentation et convaincre une communauté scientifique encore prudente. Mais elle incarne la force de la pensée audacieuse, capable de remettre en question les certitudes les plus ancrées et d’ouvrir des horizons insoupçonnés.

Ainsi, la théorie du temps à trois dimensions ne se contente pas de défier notre intuition : elle invite à contempler l’univers comme un vaste poème, où chaque instant recèle la promesse de mondes inexplorés, et où le temps, loin d’être un simple fil, devient la trame infinie de toutes les réalités possibles.



 

Les phages contre-attaquent
Certains phages ont développé des armes qui inhibent le système de défense des bactéries. Grâce à cette réplique , ils parviennent à infecter les bactéries et à se multiplier.
Un nouvel épisode de la course à l'armement que se livrent les bactéries et les virus qui les infectent - les phages - vient d'être révélé dans Nature Microbiology. En effet, une équipe internationale, dont font partie Sylvain Moineau et ses collaborateurs du Département de biochimie, de microbiologie et de bio-informatique, a révélé l'existence de phages capables de rendre inopérant le système de défense CRISPR-Cas utilisé contre eux par les bactéries.
Aujourd'hui connu comme un puissant outil d'édition du génome, CRISPR-Cas est d'abord un mécanisme de défense déployé par les bactéries pour se protéger des phages. C'est d'ailleurs l'équipe de Sylvain Moineau et les mêmes collaborateurs qui ont décrit, dans la revue Science, en 2007, l'existence de ce système de défense chez les bactéries. Cette contremesure, qui existe chez environ 40% des espèces bactériennes, repose sur des séquences d'ADN que les bactéries accumulent à partir du matériel génétique de leurs assaillants. En 2010, dans un article publié dans la revue Nature, l'équipe du professeur Moineau démontrait que, lors de rencontres subséquentes avec ces virus, les bactéries utilisent les composantes du système CRISPR-Cas, dont la protéine Cas9, pour scinder l'ADN de leurs envahisseurs à des endroits précis de leur génome.
Les phages n'avaient cependant pas dit leur dernier mot. Depuis cinq ans, quelques études ont mis en lumière l'existence d'anti-CRISPR chez certains types de phages. L'équipe du professeur Moineau vient d'ajouter un élément au dossier en démontrant l'existence d'un nouvel anti-CRISPR chez un autre type de phage qui attaque S. pyogenes, une bactérie pathogène utilisée comme modèle pour l'édition du génome. Les chercheurs ont isolé un phage qui échappe 40 000 fois plus souvent que les autres au système de défense CRISPR-Cas9 de S. pyogenes. "Nous avons séquencé le génome d'un de ces phages, nous avons analysé et cloné plusieurs de ses gènes et nous avons découvert un gène codant pour une protéine dite "anti-CRISPR" qui inhibe efficacement le système de défense de la bactérie", explique Sylvain Moineau. Les chercheurs ont aussi démontré que cette protéine anti-CRISPR inhibe complètement le système de défense de S. thermophilus. "Il s'agit de la bactérie, utilisée pour la fabrication de yogourt et de certains fromages, qui avait permis la découverte du système CRISPR en 2007", rappelle-t-il.
Le mode d'action de cet anti-CRISPR n'a pas encore été élucidé, mais déjà les chercheurs entrevoient les répercussions concrètes de leurs travaux. "Puisque le système de défense CRISPR-Cas peut être contourné par certains phages, il faudra trouver de nouvelles façons de protéger les cultures bactériennes utilisées par l'industrie alimentaire contre les attaques des phages, constate le professeur Moineau. Il n'y a pas de fin à la lutte que se livrent ces microorganismes. C'est ce qui rend notre domaine de recherche si fascinant." Par ailleurs, la découverte de cet anti-CRISPR ouvre la porte à un meilleur contrôle de l'activité de la protéine Cas9. "On pourrait notamment utiliser l'anti-CRISPR comme interrupteur pour ralentir ou pour bloquer les coupures provoquées par Cas9 lors d'expériences d'édition des génomes", suggère le chercheur.
L'article paru dans Nature Microbiology est signé par Alexander Hynes, Geneviève Rousseau, Marie-Laurence Lemay et Sylvain Moineau, de l'Université Laval, et par leurs collaborateurs Philippe Horvath, Christophe Fremaux et Dennis Romero, de la compagnie DuPont.

Le plus grand écosystème microbien du monde découvert sous la croûte terrestre
Des millions d’espèces microbiennes ont été découvertes par un conglomérat de 1 200 scientifiques, composé de géologues, de chimistes, de physiciens et de microbiologistes originaires de 52 pays. Leurs travaux ont été publiés lundi 10 décembre à l’occasion du sommet américain de géophysique à Washington. Pendant 10 ans, ils ont réalisé des centaines de forages, parfois à 5 kilomètres de profondeur sous la croûte terrestre et sous la mer. Ils y ont découvert un monde insoupçonné qui comprend des membres des trois domaines biologiques : les bactéries, les archées et les eucaryotes. Cette découverte vient questionner nos certitudes sur la formation de la vie sur Terre et ailleurs.

Une population aussi diversifiée que celle d'Amazonie
Nous sommes près de 7 milliards d’êtres humains mais nous ne représentons qu’une toute petite partie de la vie sur Terre. L’écosystème découvert par les scientifiques atteint un volume de près de deux fois celui de nos océans et un poids équivalent à une vingtaine de milliards de tonnes, soit beaucoup plus que le poids total de l’humanité. Sa diversité est comparable à celle de l’Amazonie. Ces millions de microbes "vivent partout dans les sédiments" explique Fumio Inagaki de l'agence japonaise pour les sciences marines et de la terre. "Ce sont de nouvelles branches dans l'arbre de la vie qui existent sur Terre depuis des milliards d'années, sans qu’on ne les ait jamais remarquées" ajoute Karen Lloyd de l'université du Tennessee. Une grande partie de la vie se trouverait donc à l'intérieur de la Terre plutôt qu'à sa surface et ces microbes "souterrains" représentent, selon les scientifiques, 70 % de la totalité de ces populations.

Un monde à part
Une telle découverte est souvent accompagnée de son lot d’énigmes et cette biosphère remet en cause de nombreuses certitudes que nous avons sur la vie. Ces microbes sont en effet très différents de leurs cousins vivant en surface. Ils vivent dans des milieux extrêmes très sombres et très chauds. "Leur source d'énergie n'est pas le Soleil et la photosynthèse. Ici, ce qui fait démarrer leurs communautés, c'est la chimiosynthèse. Ils tirent leur énergie des roches qui s'altèrent" explique Bénédicte Menez, responsable de l'équipe géomicrobiologie à l'Institut de Physique du Globe de Paris.

Leur rapport au temps est également différent. Alors qu’à la surface, nous dépendons de cycles relativement rapides, réglés sur le Soleil et sur la Lune, ces organismes souterrains font partie de cycles lents à l'échelles des temps géologiques, et ne dépendent pas de notre étoile. Certaines espèces vivent en effet depuis des milliers d’années et sont à peine en mouvement, excepté en cas de déplacement des plaques tectoniques ou d’éruptions. Les scientifiques ne comprennent pas leur mécanisme de survie à long terme : "Ils sont là et attendent…" conclut un scientifique.

La découverte de cette biosphère pose la question même de l'origine de la vie sur Terre : la vie a-t-elle commencé dans les profondeurs de la Terre pour ensuite migrer vers le Soleil, ou a-t-elle commencé à la surface pour ensuite migrer vers le bas ? Et comment ces microbes survivent-ils au manque de nutriments et aux conditions extrêmes ? Pour Robert Hazen, minéralogiste à la Carnegie Institution for Science, si "la vie sur Terre peut être si différente de ce à quoi nous sommes habitués, quelle étrangeté pourrait nous attendre en cherchant la vie dans d'autres mondes ?"

Complexité des écosystèmes: un gage de résilience face au changement
Le fonctionnement d'un écosystème s'articule autour de relations de natures diverses entre une myriade d'espèces. Identifier de manière exhaustive ces interactions et le rôle qu'elles jouent dans le fonctionnement d'un écosystème demeure toutefois peu évident.
Dans une étude publiée récemment dans PLos Biology, une équipe internationale menée par deux chercheurs de l'Institut des Sciences de l'Evolution de Montpellier (ISEM, CNRS / IRD / EPHE) et du Laboratoire Biométrie et Biologie Evolutive de Villeurbanne (CNRS / Université de Lyon) a pu étudier l'ensemble des relations trophiques* et non-trophiques entre les espèces présentes dans la zone de balancement des marées de la côte centrale du Chili.
Ce travail inédit, basé sur la modélisation mathématique des réseaux, montre que ces interactions sont fortement structurées selon une organisation qui assure la résilience de la communauté. Il confirme ainsi l'importance de prendre en compte la diversité des relations interspécifiques d'un écosystème pour prévoir ses réactions face à des perturbations de grande ampleur comme le changement climatique.
La plupart des travaux scientifiques qui s'intéressent au fonctionnement des milieux naturels se sont jusqu'ici focalisés sur les relations trophiques entre les espèces qui les composent. Or d'autres formes d'interactions comme le mutualisme ou la compétition pour l'espace semblent jouer un rôle tout aussi important. Ces relations non-trophiques sont pourtant rarement prises en compte dans les études portant sur les réseaux écologiques.
Avec l'aide des scientifiques chiliens du Center for Marine Conservation et du Center for Applied Ecology and Sustainability, qui analysent depuis plusieurs décennies les interactions entre les espèces qui peuplent la côte du centre du Chili, des chercheurs français et américains sont parvenus à visualiser pour la première fois un réseau écologique dans toute sa complexité. "En traitant l'importante masse de données collectée par nos collègues chiliens à l'aide de puissants outils de modélisation statistique des réseaux, nous avons pu dresser une cartographie précise des relations s'établissant entre les 106 espèces qui peuplent cette zone intertidale", détaille Sonia Kéfi, chercheuse en écologie à l'Institut des Sciences de l'Evolution de Montpellier et cosignataire de l'article.
Les scientifiques ont ainsi constaté que les interactions non-trophiques comme la compétition pour l'espace ou la création d'habitats étaient deux fois plus nombreuses que celles correspondant à la consommation directe d'autres organismes. L'équipe a ensuite réparti les 106 espèces impliquées dans ces interactions en différents groupes au sein desquels les espèces sont très proches sur le plan taxonomique. Chacun d'eux rassemblait des organismes entretenant le même genre de relations avec les autres êtres vivants de la zone de balancement des marées.
A partir de cette représentation simplifiée du fonctionnement de l'écosystème, les chercheurs ont élaboré un système dynamique simulant l'évolution de sa biomasse totale et de sa biodiversité en fonction de l'organisation initiale de ce réseau d'interactions. "Lorsque nous introduisions de l'aléatoire dans la structure du réseau, nous observions à chaque fois une diminution de ces deux variables au cours du temps, détaille Sonia Kéfi. La structuration observée dans la nature conduisait quant à elle au maintien de la biodiversité et à une biomasse totale élevée."
Les résultats de cette étude mettent ainsi en avant l'importance de la complexité des relations entre les espèces qui composent une communauté écologique. A l'avenir, ce genre de travaux devrait aider à mieux comprendre la réaction des écosystèmes face à des perturbations comme le changement climatique ou l'exploitation, par l'Homme, des ressources naturelles.

Des physiciens comprennent enfin pourquoi l’interaction forte est si tenace 

Il existe quatre forces fondamentales : la force de gravité, l’électromagnétisme, l’interaction faible et l’interaction (ou force) forte. Cette dernière est la plus intense. L’interaction forte agit en liant les quarks au sein des protons et des neutrons. Elle maintient ainsi les nucléons ensemble pour former des noyaux atomiques. La force forte est jusqu’à 100 000 milliards de milliards de fois plus intense que la force de gravité. Malgré cette intensité, elle est relativement peu comprise, par rapport aux autres forces. Récemment, des chercheurs ont percé l’un des mystères de l’interaction forte expliquant sa ténacité et sont notamment parvenus à la mesurer de façon plus précise.

L’interaction forte est quantifiée par la constante de couplage (que les auteurs de l’étude choisissent d’appeler simplement " couplage "), notée αs (alpha s). Il s’agit d’un paramètre fondamental dans la théorie de la chromodynamique quantique (QCD).

La difficulté de la mesure de αs réside principalement dans sa nature très variable : plus deux quarks sont éloignés, plus le couplage est élevé, et plus l’attraction entre eux devient forte. À des distances faibles, où αs est encore faible, les physiciens parviennent à appliquer des méthodes de calcul basique pour déterminer le couplage. Cependant, ces techniques deviennent inefficaces à des distances plus importantes. Dans une nouvelle étude, des physiciens ont ainsi réussi à appliquer de nouvelles méthodes pour mieux déterminer αs à des distances plus importantes. 

Un calcul basé sur l’intégrale de Bjorken

Poussé par sa curiosité, l’un des chercheurs a testé l’utilisation de l’intégrale de Bjorken pour prédire αs sur de longues distances. Cette méthode permet de définir des paramètres relatifs à la rotation de la structure des nucléons et ainsi de calculer le couplage de la force forte à courte distance. Le scientifique ne s’attendait donc pas à faire une découverte de ce calibre en faisant cet essai. Pourtant, contre toute attente, ses résultats ont montré qu’à un moment donné, αs cesse d’augmenter pour devenir constant. Il a ainsi partagé ses découvertes avec son mentor qui avait, lui aussi, obtenu des résultats similaires dans des travaux antérieurs.

 " Ce fut une chance, car même si personne ne s’en était encore rendu compte, l’intégrale de Bjorken est particulièrement adaptée aux calculs de αs sur de longues distances ", déclarent les chercheurs dans un article du Scientific American. Les résultats ont été présentés lors de diverses conférences de physique, durant l’une desquelles l’auteur principal a rencontré un autre physicien, Stanley Brodsky, qui aurait appuyé les résultats obtenus.

Une méthode par holographie

En parallèle à cette découverte, d’autres physiciens ont travaillé sur la mise au point d’une autre méthode de calcul de αs sur de longues distances, qu’ils ont appelée " holographie du front lumineux ". L’holographie est une technique mathématique qui a initialement été développée dans le contexte de la théorie des cordes et de la physique des trous noirs.

Cependant, en physique des particules, elle sert à modéliser des phénomènes en quatre dimensions (incluant les trois dimensions spatiales et une dimension temporelle) en se basant sur des calculs effectués dans un espace à cinq dimensions. Dans cette méthode, la cinquième dimension n’est pas nécessairement une dimension physique réelle, mais peut servir d’outil mathématique pour faciliter les calculs. L’idée est que certaines équations complexes en quatre dimensions peuvent devenir plus simples ou plus intuitives quand elles sont envisagées dans un espace à cinq dimensions.

Le génome humain: un orchestre complexe
Une équipe de généticiens suisses de l'Université de Genève (UNIGE), de l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) et de l'Université de Lausanne (UNIL) a découvert que les variations génétiques sont en mesure d'affecter l'état du génome à de nombreux endroits, apparemment séparés, et de moduler par conséquent l'activité des gènes, à la manière d'un chef d'orchestre coordonnant les instrumentistes pour qu'ils jouent en harmonie. Ces résultats inattendus, publiés dans Cell, révèlent le caractère polyvalent de la régulation du génome et offrent de nouvelles perspectives sur la façon dont il est orchestré.
La chromatine est un ensemble de protéines et d'ADN qui emballe le génome dans une cellule. Elle arrange l'ADN de telle sorte qu'il puisse être "lu" par un groupe de protéines appelé facteurs de transcription, qui active ou réprime l'expression des gènes. La séquence d'ADN varie toutefois d'un individu à l'autre, entraînant ainsi une variation moléculaire entre les états de la chromatine des individus. Cela finit par causer des variations dans la manière dont les humains répondent à l'environnement. Comprendre les processus génétiques et moléculaires régissant la variabilité de la chromatine est l'un des défis les plus importants dans le domaine des sciences de la vie qui permettrait de découvrir comment les variations génétiques prédisposent les individus à certaines maladies comme le cancer, le diabète ou les maladies auto-immunes.
L'étude publiée dans Cell montre comment les variations génétiques ont affecté trois couches moléculaires dans les lignées cellulaires immunes chez 47 individus dont les génomes ont été entièrement séquencés: au niveau des interactions entre l'ADN et les facteurs de transcription, des états de la chromatine et de l'expression des gènes. "Nous avons observé que les variations génétiques à un endroit précis du génome impactent plusieurs éléments régulateurs, pourtant séparés, en même temps. Cette coordination surprenante peut être comparée à un chef d'orchestre (ici le variant génétique) qui coordonne tous les instrumentistes (ici les facteurs de transcription et les modifications de la chromatine) pour changer le volume (ici l'expression des gènes) de la musique," explique le professeur Bart Deplancke de l'EPFL. Contrairement au modèle traditionnel qui suppose que l'impact des éléments régulateurs sur l'expression des gènes se fait de façon quasiment indépendante, les chercheurs suisses ont identifié un comportement bien plus harmonieux et synergique.
Les généticiens suisses montrent que le génome n'est pas juste un ensemble linéaire d'éléments qui interagissent par paires ; il s'organise de manière complexe et en réseaux. Si un élément n'agit pas correctement, c'est l'ensemble du système qui sera perturbé. "Nous avons découvert les règles biologiques de base sur le fonctionnement du génome et la manière dont les séquences régulatrices agissent ensemble pour impacter l'expression d'un gène," résume le professeur Alexandre Reymond de l'UNIL.
Si la route vers de potentielles applications médicales est encore longue, les principes mécaniques que les chercheurs viennent de découvrir mettent en lumière les aspects fondamentaux de la biologie du génome. "Il est encore trop tôt pour déterminer si nous serons un jour en mesure de moduler l'expression des gènes de manière ciblée, mais cette étude révèle un niveau de complexité de la fonction du génome qui n'avait pas été anticipé", conclut le professeur Emmanouil Dermitzakis de l'UNIGE. "Appliquer notre découverte à la médecine signifierait identifier un seul chef d'orchestre et définir son rôle parmi tous les autres chefs d'orchestre pour chaque ensemble musical - plutôt que simplement lister tous les artistes jouant dans notre orchestre de génomes."

Notre galaxie pourrait être posée au milieu d'un gigantesque vide cosmique qui mystifie les astronomes

(Image : De quoi se sentir très très seuls.)

Penser à l'espace et à l'immensité vous donne des sueurs froides? Passez votre chemin. Des astronomes ont émis l'hypothèse que notre galaxie serait posée au milieu du plus grand vide cosmique jamais observé. Proposée dès 2013, cette théorie accumule depuis de plus en plus de preuves, comme le relate un article de Business Insider.

Le problème, c'est que ce vide n'a rien à faire là. Selon une théorie fondamentale appelée " principe cosmologique ", toute la matière dans l'espace devrait être répartie, sur de très grandes échelles, de manière homogène. Un principe qui permet notamment aux chercheurs d'appliquer les mêmes lois de la physique aux objets célestes, qu'ils soient à côté de la Terre ou à l'autre bout de l'univers.

Malheureusement pour nos astrophysiciens, de multiples observations effectuées ces dix dernières années suggèrent que certaines zones de l'univers seraient bien plus denses que d'autres et, qu'autour de nous, cela ne serait pas dense du tout.

" Désormais, il est assez clair que nous nous trouvons dans une sous-densité significative ", affirme Indranil Banik, chercheur à l'université de Saint Andrews, en Écosse. " Il y a quelques personnes qui s'y opposent dans une certaine mesure. Par exemple, certains ont avancé qu'un tel vide ne devrait pas exister dans le modèle standard, ce qui est vrai. Mais cela ne prouve malheureusement pas qu'il n'y en a pas", précise l'astrophysicien britannique.

Vend vide cosmique spacieux, jolis volumes

Dans une étude qu'il a cosignée et publiée dans la revue scientifique Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Indranil Banik suggère que notre galaxie se trouverait presque au milieu de ce vide, renommé " KBC void " ou " vide KBC ", dont le diamètre est estimé à 2 milliards d'années-lumière de diamètre. Pour vous donner une idée, c'est assez volumineux, puisque l'on pourrait y aligner 20.000 galaxies de la taille de la Voie lactée en file indienne.

D'après ses calculs, le vide KBC serait 20% plus vide que l'espace à l'extérieur de ses frontières –il ne peut pas être totalement vide, vu que nous sommes dedans. Cela peut paraître peu, mais cette différence significative suffit à provoquer certains comportements anormaux, tout du moins du point de vue des normes utilisées aujourd'hui par les astrophysiciens.

Le plus flagrant de ces comportements étranges est la vitesse anormalement élevée à laquelle les étoiles et les galaxies voisines de notre système solaire s'éloignent de nous. Les cosmologistes se basent habituellement sur la constante de Hubble pour décrire la vitesse d'expansion de l'univers. Sauf que notre voisinage proche vient contredire cette constante. De quoi se gratter la tête en fronçant les sourcils. 

Pour Indranil Banik et ses collègues, cela pourrait s'expliquer par la gravité accrue des régions à haute densité de matière, synonyme d'attraction plus forte entre objets célestes et donc de tensions dans la constante de Hubble. Pour confirmer cette hypothèse, les chercheurs ont prévu d'étudier les données de supernovas pour voir si, en dehors du vide KBC, la constante de Hubble revient à la normale.

" C'est la principale chose qui me préoccupe: savoir si les supernovas montrent vraiment que nous sommes réellement dans un univers qui s'expand plus rapidement et qu'il n'y a aucune limite à ce vide ", conclut Indranil Banik. Rassurant, non?



 

Les primates préfèrent le sexe aux conflits, selon une étude 

Les humains ne sont pas les seuls à utiliser le sexe comme un exutoire aux frustrations. Une étude britannique publiée dans la revue Royal Society Open Science révèle que les bonobos et les chimpanzés ont eux aussi recours aux rapports sexuels pour calmer les tensions au sein de leur groupe.

Les chercheurs de l'université de Durham se sont intéressés à la sexualité de ces primates, qui ne se limite pas uniquement à la reproduction. Les bonobos, en particulier, sont connus pour leur liberté sexuelle et leur tendance à utiliser le sexe pour renforcer leurs liens sociaux. Chez les chimpanzés, en revanche, cette fonction du sexe reste moins étudiée.

Le stress désamorcé par le sexe

Pour mieux comprendre ces comportements, les scientifiques ont observé ces deux espèces dans des sanctuaires en République démocratique du Congo et en Zambie, à des moments précis de stress : après des conflits sociaux et avant l’alimentation, une période où la compétition est forte. Au total, plus de 1400 heures d’observation ont été menées sur 53 bonobos et 75 chimpanzés sur une période de sept mois.

Les résultats montrent que juste avant de se nourrir, bonobos et chimpanzés adoptent des comportements similaires.

Ils apaisent les tensions sans violence en ayant des contacts sexuels, souvent initiés par les membres les plus âgés.

Cette pratique semble s’apprendre avec le temps, suggérant qu’elle se transmet d’une génération à l’autre.

Après un conflit, cependant, leurs réactions diffèrent. Les bonobos préfèrent se réconcilier par le sexe, tandis que les chimpanzés privilégient d’autres formes d’apaisement, comme des gestes affectueux ou des contacts rassurants.

Fait intéressant, chez ces deux espèces, ces interactions sexuelles ne se limitent pas aux couples de sexes opposés : elles peuvent aussi avoir lieu entre individus du même sexe. Chez les bonobos, ce sont les femelles qui prennent le plus souvent l’initiative alors que chez les chimpanzés, ce rôle revient plutôt aux mâles.

Facteur de régulation sociale

Jake Brooker, chercheur postdoctoral au département de psychologie de l’université de Durham et auteur principal de l’étude, met en avant l’importance de ces découvertes. Il souligne que bien que les bonobos soient souvent considérés comme hypersexuels et les chimpanzés comme plus agressifs, cette recherche révèle qu’ils adoptent une approche similaire en utilisant le sexe pour gérer leurs relations sociales.

"Le fait que les deux espèces utilisent le sexe de cette manière offre une fascinante fenêtre sur le passé, apportant une preuve supplémentaire que pour les humains, les bonobos et les chimpanzés, notre utilisation du sexe à des fins sociales est un héritage de notre ancêtre commun", explique-t-il dans un communiqué.

Un héritage évolutif partagé ?

Il reste néanmoins essentiel d’observer ces comportements dans divers contextes et en milieu naturel afin de mieux saisir les mécanismes sexuels et sociaux qui régissent la vie en communauté de nos plus proches cousins dans l'évolution naturelle. Cela permet, par extension, d’explorer les origines mêmes de notre nature humaine.

Cette étude ouvre de nouvelles perspectives sur les liens profonds entre sexualité et dynamique sociale chez nos plus proches cousins. En révélant que le sexe joue un rôle apaisant aussi bien chez les bonobos que chez les chimpanzés, elle suggère que ces comportements pourraient être un héritage évolutif partagé. Une meilleure compréhension de ces mécanismes nous permettrait ainsi d’éclairer les origines de nos propres interactions sociales et affectives.