Insolite : quand les spermatozoïdes défient la troisième loi de Newton

Découvrez comment les spermatozoïdes défient les lois de la physique ! Une étude récente révèle que ces cellules microscopiques nagent à contre-courant des principes newtoniens. Plongez dans le monde captivant de la reproduction, où la nature repousse les limites de la science. Comment ces minuscules nageurs parviennent-ils à se déplacer dans des fluides visqueux ? La réponse pourrait changer la robotique et notre compréhension du vivant.

-  Le défi microscopique : nager contre vents et marées

-  Une danse complexe au cœur de la vie

-  Des implications révolutionnaires pour la science et la technologie

La troisième loi de Newton, pilier fondamental de la physique classique, se trouve bousculée par un acteur inattendu : le spermatozoïde. Cette cellule reproductrice, essentielle à la perpétuation de l'espèce, semble défier les principes établis il y a plus de trois siècles. Une équipe de chercheurs dirigée par Kenta Ishimoto de l'Université de Kyoto a récemment mis en lumière ce phénomène intrigant, ouvrant la voie à de nouvelles perspectives dans le domaine de la microrobotique et de la biologie cellulaire.

Le défi microscopique : nager contre vents et marées

Les spermatozoïdes, ces nageurs microscopiques, évoluent dans un environnement qui devrait, en théorie, les immobiliser. Pourtant, ils parviennent à se propulser efficacement grâce à leur flagelle, cette queue en forme de fouet qui les caractérise. Comment expliquent-ils cet exploit ?

La clé réside dans ce que les scientifiques appellent l'élasticité impaire. Cette propriété unique permet aux flagelles de se déformer sans perdre d'énergie dans le fluide environnant. Par voie de conséquence, les spermatozoïdes peuvent avancer sans provoquer de réaction égale et opposée de leur milieu, contournant astucieusement la troisième loi de Newton.

Voici un tableau comparatif des caractéristiques de mouvement :

Objet                      Milieu                    Comportement

Bille                        Air                         Respect de la 3e loi de Newton

Spermatozoïde      Fluide visqueux    Défi de la 3e loi de Newton

Une danse complexe au cœur de la vie

L'étude, publiée dans PRX Life ne s'est pas limitée aux spermatozoïdes humains. Les chercheurs ont également modélisé le comportement d'algues vertes unicellulaires, les Chlamydomonas. Ces organismes utilisent également des flagelles pour se déplacer, offrant de ce fait un point de comparaison intéressant.

Les scientifiques ont découvert que le mouvement ondulatoire des flagelles ne s'expliquait pas uniquement par leur élasticité impaire. Ils ont dû introduire un nouveau concept : le module élastique impair. Ce terme décrit les mécanismes internes complexes qui permettent aux flagelles de générer leur mouvement propulsif sans succomber aux forces de viscosité.

Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives pour :

- la compréhension de la fertilité humaine ;

-  le développement de microrobots biomimétiques ;

-  l'étude des comportements collectifs à l'échelle microscopique.

Des implications révolutionnaires pour la science et la technologie

La capacité des spermatozoïdes à défier la loi de Newton n'est pas qu'une curiosité scientifique. Elle pourrait avoir des répercussions majeures dans divers domaines. En médecine reproductive, une meilleure compréhension du mouvement des spermatozoïdes pourrait améliorer les techniques de fécondation in vitro et le traitement de l'infertilité masculine.

Dans le domaine de la robotique, ces découvertes inspirent déjà la conception de micro-nageurs artificiels. Ces minuscules robots pourraient un jour naviguer dans le corps humain pour délivrer des médicaments de manière ciblée ou effectuer des interventions chirurgicales microscopiques.

En addition, les modèles mathématiques développés pour cette étude pourraient s'appliquer à d'autres systèmes biologiques complexes, comme le mouvement des oiseaux en vol ou le comportement des particules dans les fluides. Par suite, cette recherche sur les spermatozoïdes pourrait paradoxalement nous aider à mieux comprendre des phénomènes à plus grande échelle.

La nature, une fois à cela s'ajoute que, nous montre qu'elle recèle encore de nombreux secrets. En défiant nos lois physiques les plus établies, les spermatozoïdes nous rappellent que la frontière entre l'impossible et le possible n'est souvent qu'une question de perspective et d'échelle.

Comment le cerveau déforme la réalité temporelle
En 1973 Benjamin Libet de l’université d’état de Californie à San Francisco, dans une série d’expériences fascinantes, a prouvé que la prise de conscience suite à un stimulus sensoriel, (stimulation électrique sur le cerveau) se produit 500 millisecondes (temps neuronal) après le stimulus.
Lors de certaines opérations du cerveau, il a obtenu l’autorisation des patients de réaliser une expérience, qui consistait à stimuler avec des électrodes la zone du cerveau à l’air libre, (la boite crânienne étant ouverte ) qui correspondait à la zone d’activité d’une piqûre au doigt. Le sujet réveillé déclare après 500 millisecondes sentir la piqûre.
C’est-à-dire que la plupart des expériences conscientes, requièrent une période minimale substantielle d’activation corticale de 350 à 500 millisecondes pour accéder à la conscience.
Ben Libet a profité de certaines opérations du cerveau où celui-ci est ouvert et où le patient est réveillé pour stimuler directement le cerveau et observer les réactions du patient. En fait, il stimulait d’abord un doigt (avec une petite décharge électrique), puis il mesurait le temps pour que le sujet ressente une piqûre au doigt. Ça donnait 25 millisecondes.
Ensuite, il stimulait directement le cerveau sur la zone correspondant à la main. Le sujet ressent bien une piqûre à la main (et non pas au cerveau), mais seulement au bout de 500 millisecondes. De plus, pour que le sujet ressente une piqûre, il fallait envoyer un train de choc, et non pas un choc unique.
Ben Libet a ensuite combiné les deux expériences : il a d’abord stimulé le doigt, puis 200 ms plus tard il stimule le cerveau avec un train de chocs. Le sujet ressent une seule piqûre, 700 ms après la stimulation du doigt. Comme les chocs électriques fait au cerveau sont plus faibles que ceux faits au doigt, et comme le sujet ne ressent qu’une faible piqûre, on sait que la piqûre qu’il a ressenti après 700 ms était la stimulation du cerveau. Celle effectuée sur le doigt est donc passée à la trappe.
Puis Libet recommence (le doigt, puis le cerveau), mais en laissant cette fois un délai de 500 ms entre les deux stimulations. Toujours rien : le sujet ne perçoit qu’une seule piqûre, 1 seconde après la première stimulation (c’est-à-dire 500 ms après la stimulation du cerveau).
Libet recommence une dernière fois, mais en laissant plus de 500 ms entre les deux stimulations. Là, le patient ressent bien 2 piqûres, la première 25 ms après la première stimulation (au doigt), et la deuxième 500 ms après la deuxième stimulation (au cerveau).
Libet a tiré plusieurs conclusions de ces expériences :
1- L’influx nerveux met 25 ms pour parvenir du doigt au cerveau.
2- Il faut 500 ms pour être conscient de quelque chose, puisque c’est le délai entre la stimulation du cerveau et la sensation afférente.
3- Une stimulation au cerveau moins de 500 ms après une première stimulation au doigt nous empêche d’être conscients d’une piqûre dont nous serions normalement conscients au bout de 25 ms.
Évidemment ça pose un problème, puisque le temps d’élaboration d’une sensation consciente est bien de 500 ms (475 ms en fait, puisqu’il faut compter le temps que l’influx nerveux arrive du doigt au cerveau). Comment se fait-il que dans la réalité, nous soyons conscients d’un stimuli après 25 ms seulement ? La solution que propose Libet est incroyable : il suggère ni plus ni moins que la conscience antidate la sensation en retournant en arrière dans le temps de 475 ms.
Cette expérience est la confirmation scientifique, que la conscience volontaire arrive beaucoup trop tard pour être à l’origine de l’action.
Et si le cerveau peut initier nos mouvements volontaires, avant même l’apparition d’une volonté consciente de faire ces mouvements, quel rôle reste-t-il pour la conscience?
Les expériences de Libet soulignent que tout ce qui se produit est d’abord inconscient, avant de devenir conscient.
Cette expérience a été vérifiée par d’autres scientifiques, et notamment Patrick Haggard qui travaille à l’Institut des neurosciences cognitives de l’University Collège de Londres, où Il dirige une équipe d’une dizaine de chercheurs.

Vous voulez une preuve moderne de l’évolution ? Regardez les éléphants du Mozambique

L’évolution est souvent perçue comme un phénomène lent et graduel qui a pris des millions d’années pour façonner la vie sur Terre. Cependant, certains événements peuvent accélérer ce processus de manière spectaculaire comme l’illustre l’évolution des éléphants dans le parc national de Gorongosa, au Mozambique.

Qu’est-ce que la sélection naturelle ?

La sélection naturelle est un mécanisme fondamental de l’évolution qui a été décrit pour la première fois par Charles Darwin au dix-neuvième siècle. Ce processus repose sur plusieurs principes clés. Tout d’abord, dans chaque population d’êtres vivants, il existe des variations entre les individus. Ces variations peuvent surgir à la suite d’erreurs lors de la réplication de l’ADN, ce qui conduit à des modifications génétiques aléatoires. Ces changements, qu’ils soient bénéfiques, neutres ou nuisibles, sont essentiels, car ils sont transmis aux descendants qui héritent des caractéristiques de leurs parents.

Dans un environnement donné, certains traits peuvent alors conférer un avantage aux individus. Ces derniers ont alors plus de chances de survivre et donc de se reproduire pour transmettre leurs traits avantageux à la prochaine génération. Au fil du temps, ces traits favorables deviennent plus fréquents dans la population. Ainsi, la sélection naturelle agit comme un processus dynamique qui favorise les caractéristiques bénéfiques pour la survie et la reproduction, permettant aux espèces de s’adapter continuellement à leur environnement.

Toutefois, l’évolution est généralement perçue comme un processus lent qui s’étale sur de nombreuses générations et où de petites modifications s’accumulent au fil du temps, souvent trop subtiles pour être remarquées au cours d’une seule vie humaine. Néanmoins, dans des situations exceptionnelles, les effets de la sélection naturelle peuvent se manifester en seulement quelques années. C’est précisément ce qui s’est produit chez les éléphants du Mozambique.

L’impact de la guerre civile sur les éléphants de Gorongosa

Entre 1977 et 1992, le Mozambique a été dévasté par une guerre civile qui a entraîné la mort de près d’un million de personnes et une forte diminution de la biodiversité dans la région. Le parc national de Gorongosa, autrefois riche en faune, a notamment subi des pertes dramatiques de ses populations d’animaux, en particulier les éléphants. Ces derniers étaient en effet chassés pour leur ivoire qui pouvait être vendu sur le marché noir pour financer les factions en guerre. Les conséquences ont été dévastatrices : la population d’éléphants a chuté de plus de 90 % à cette époque.

Cependant, cette période difficile aura également ouvert la voie à une évolution rapide. Une étude publiée en 2021 a en effet révélé que la fréquence des éléphants femelles nées sans défenses avait considérablement augmenté. Avant la guerre, seulement 18,5 % des éléphants femelles n’avaient pas d’ivoire ; après le conflit, ce chiffre a grimpé à 50,9 %.

 L’évolution en action

Ce phénomène s’explique simplement par le processus de sélection naturelle. Les éléphants sans défenses avaient de meilleures chances de survie. Et pour cause, en l’absence d’ivoire, ils n’étaient pas ciblés par les braconniers, ce qui leur permettait de vivre plus longtemps et de se reproduire. Ces éléphants sans défenses ont donc eu l’opportunité de transmettre leurs gènes à leurs descendants. Ainsi, la proportion d’éléphants sans défenses a rapidement augmenté au sein de la population.

Les processus par lesquels aucun éléphant mâle sans défenses n’a été observé dans la population de Gorongosa ne sont pour l’heure toujours pas clairs. Cependant, cela pourrait être lié à un gène spécifique impliqué dans le développement des défenses connu sous le nom d’AMELX. Il est en effet associé à un trait létal dominant lié au chromosome X pour les mâles. En d’autres termes, les fœtus mâles qui portent cette mutation ont peu de chances de survivre à la grossesse, car contrairement aux femelles, ils ne disposent pas d’un second chromosome X qui pourrait atténuer les effets du gène AMELX.

En somme, l’exemple des éléphants de Gorongosa souligne à quel point les actions humaines peuvent influencer l’évolution d’autres espèces. Les guerres, le braconnage et la destruction des habitats créent en effet des pressions de sélection qui peuvent entraîner des changements rapides dans les populations animales.



 

La fécondation de l'ovule par le spermatozoïde, filmée pour la première fois

Une fois arrivé à l'ovule, le spermatozoïde ne peut déclencher la fécondation que si son flagelle bat à la bonne cadence. Une découverte, réalisée par un doctorant français, qui montre que la fécondation est loin d'avoir livré tous ses secrets.

(photo Un spermatozoïde de souris en interaction avec un ovule six minutes après le contact initial (microscope confocal - grossissement x40)

En mars 2016, Benjamin Ravaux, un étudiant diplômé de physique à l'École Normale Supérieure de Paris, sous la direction de Christine Gourier, est parvenu à filmer, pour la première fois, la fusion entre un spermatozoïde et un ovule (chez la souris), grâce à une technique inédite. Grâce à ses vidéos, il scrute le moindre détail de cet instant crucial où le spermatozoïde atteint enfin sa cible puis fusionne avec elle. L'une de ses découvertes majeures sur la fécondation, qui a fait l'objet d'une publication dans la revue Scientific Reports, concerne le battement du flagelle du spermatozoïde. Ce dernier ne sert pas seulement à amener le spermatozoïde jusqu'à l'ovule, il permet aussi de déclencher la fécondation après l'entrée en contact, mais pour cela, encore faut-il qu'il trouve la bonne cadence !

"Si l’on empêche la bonne cadence, la fécondation n'a pas lieu"

Comme on le découvre dans la vidéo ci-dessous, issue de l'étude, une fois arrivée à l'ovule, la tête du spermatozoïde doit exercer un "pompage" de la membrane de sa cible, 1 000 fois plus grande, pendant deux minutes. Cette action, générée par le mouvement du flagelle, est une réussite si et seulement si ce dernier "arrive à maintenir une cadence de 2 battements par seconde et une amplitude d’une vingtaine de degrés dans un plan perpendiculaire à la surface de l’ovocyte", nous explique Benjamin Ravaux. Les spermatozoïdes animés d’un battement plus vigoureux, moins ample, ou encore dans un plan non perpendiculaire à l’ovocyte, sont voués à ne jamais fusionner. "Si l’on empêche la bonne cadence, la fécondation n'a pas lieu", résume le doctorant. 

Après 2 minutes de rythme intense, le mouvement du flagelle s’arrête brusquement et dans la minute qui suit, les membranes des deux cellules fusionnent pour n’en former plus qu’une. La tête du spermatozoïde, qui renferme le matériel génétique du père sous forme d’une pelote compacte d’ADN, va entamer un lent plongeon de 45 minutes dans l’ovule en s’inclinant progressivement par rapport à sa position initiale. Au cours de ce plongeon, la membrane qui délimitait le volume occupé par l’ADN paternel se détériore petit à petit, mais pourtant l’ADN reste pelotonné. Ce n’est qu’au bout de 45 minutes que l’ADN se relâche pour occuper un volume beaucoup plus important. "J'espère que ces découvertes aboutiront à des méthodes efficaces pour diagnostiquer les causes de l'infertilité et améliorer les techniques de procréation médicalement assistée", conclut Benjamin Ravaux.

Une technique pour observer la fécondation

Pourquoi était-il si difficile d'observer la fusion entre un spermatozoïde et un ovule s'avère complexe ? "Car la forte mobilité des spermatozoïdes et la grande taille des ovocytes rendent imprévisible le lieu de rencontre, explique Benjamin Ravaux. Même muni des techniques d’imagerie optiques les plus performantes, l'observateur ne saurait où positionner son objectif pour filmer la rencontre fusionnelle avec la résolution requise pour en appréhender les mécanismes et pour en déterminer la chronologie détaillée." C'est pourquoi le doctorant a conçu un dispositif lui permettant de contrôler avec précision l'emplacement de la membrane où une cellule sexuelle mâle fusionne avec un ovule : une puce en silicone étanche est disposée sur une lame de verre, un spermatozoïde est placé sur la partie inférieure de la puce et l'ovule à l'opposé, à l'intérieur d'un "coquetier" miniature. Une petite ouverture de 30 microns (millionièmes de mètres de large) se trouve en bas du "coquetier", formant une connexion avec la partie inférieure de la puce. Lorsque le spermatozoïde est inséré sur la puce, celui-ci nage à travers l'ouverture et fusionne avec l'ovule. Cette "puce-FIV" a l'avantage d'être compatible avec les technologies d'imagerie optique comme la microscopie confocale, permettant d'obtenir des images en haute résolution.

Origine de la vie: la pièce manquante détectée dans une "comète artificielle"
Pour la première fois, des chercheurs montrent que le ribose, un sucre à la base du matériel génétique des organismes vivants, a pu se former dans les glaces cométaires. Pour parvenir à ce résultat, des scientifiques de l'Institut de chimie de Nice (CNRS/Université Nice Sophia Antipolis) ont analysé très précisément une comète artificielle créée par leurs collègues de l'Institut d'astrophysique spatiale (CNRS/Université Paris-Sud). Ils présentent ainsi, en collaboration avec d'autres équipes dont une du synchrotron SOLEIL, le premier scénario réaliste de formation de ce composé essentiel, encore jamais détecté dans des météorites ou dans des glaces cométaires. Étape importante dans la compréhension de l'émergence de la vie sur Terre, ces résultats sont publiés dans la revue Science le 8 avril 2016.
Le traitement ultraviolet des glaces pré-cométaires (à gauche) reproduit l'évolution naturelle des glaces interstellaires observées dans un nuage moléculaire (à droite, les piliers de la création), conduisant à la formation de molécules de sucre.Image de gauche © Louis Le Sergeant d'Hendecourt (CNRS).Image de droite © NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Tous les organismes vivants sur Terre, ainsi que les virus, ont un patrimoine génétique fait d'acides nucléiques - ADN ou ARN. L'ARN, considéré comme plus primitif, aurait été l'une des premières molécules caractéristiques de la vie à apparaitre sur Terre. Les scientifiques s'interrogent depuis longtemps sur l'origine de ces molécules biologiques. Selon certains, la Terre aurait été "ensemencée" par des comètes ou astéroïdes contenant les briques de base nécessaires à leur construction. Et effectivement, plusieurs acides aminés (constituants des protéines) et bases azotées (l'un des constituants des acides nucléiques) ont déjà été trouvés dans des météorites, ainsi que dans des comètes artificielles, reproduites en laboratoire. Mais le ribose, l'autre constituant-clé de l'ARN, n'avait encore jamais été détecté dans du matériel extraterrestre, ni produit en laboratoire dans des conditions "astrophysiques". En simulant l'évolution de la glace interstellaire composant les comètes, des équipes de recherche françaises ont réussi à former du ribose - étape importante pour comprendre l'origine de l'ARN et donc les origines de la vie.
Le ribose (et des molécules de sucres apparentées, comme l'arabinose, le lyxose et le xylose) ont été détectés dans des analogues de glaces pré-cométaires grâce à la chromatographie multidimensionnelle en phase gazeuse. Le ribose forme le "squelette" de l'acide ribonucléique (ARN), considéré comme le matériel génétique des premiers organismes vivants.© Cornelia Meinert (CNRS)
Dans un premier temps, une "comète artificielle" a été produite à l'Institut d'astrophysique spatiale: en plaçant dans une chambre à vide et à ? 200 °C un mélange représentatif d'eau (H2O), de méthanol (CH3OH) et d'ammoniac (NH3), les astrophysiciens ont simulé la formation de grains de poussières enrobés de glaces, la matière première des comètes. Ce matériau a été irradié par des UV - comme dans les nébuleuses où se forment ces grains. Puis, l'échantillon a été porté à température ambiante - comme lorsque les comètes s'approchent du Soleil. Sa composition a ensuite été analysée à l'Institut de chimie de Nice grâce à l'optimisation d'une technique très sensible et très précise (la chromatographie multidimensionnelle en phase gazeuse, couplée à la spectrométrie de masse à temps de vol). Plusieurs sucres ont été détectés, parmi lesquels le ribose. Leur diversité et leurs abondances relatives suggèrent qu'ils ont été formés à partir de formaldéhyde (une molécule présente dans l'espace et sur les comètes, qui se forme en grande quantité à partir de méthanol et d'eau).
Le ribose se forme dans le manteau de glace des grains de poussière, à partir de molécules précurseurs simples (eau, méthanol et ammoniac) et sous l'effet de radiations intenses.© Cornelia Meinert (CNRS) & Andy Christie (Slimfilms.com)
S'il reste à confirmer l'existence de ribose dans les comètes réelles, cette découverte complète la liste des "briques moléculaires" de la vie qui peuvent être formées dans la glace interstellaire. Elle apporte un argument supplémentaire à la théorie des comètes comme source de molécules organiques qui ont rendu la vie possible sur Terre... et peut-être ailleurs dans l'Univers.
Ces travaux ont bénéficié du soutien financier de l'Agence nationale de la recherche et du CNES.

La découverte d'une extraordinaire symbiose marine résout l'un des grands mystères de l'océan

Une équipe dirigée par l'Institut Max Planck de microbiologie marine a mis au jour la symbiose entre une bactérie Rhizobium et une algue marine du groupe des diatomées. Ce couple d'organismes permettrait d'expliquer une grande partie de la fixation de l'azote dans l'océan – un processus crucial.

C'était l'un des grands mystères dont les biologistes marins cherchaient encore la clé : comment, en dehors des régions océaniques riches en cyanobactéries, les végétaux marins obtiennent-ils de l'azote sous une forme qu'ils sont capables d'assimiler ?

Il aura fallu une grande expédition océanographique depuis la côte allemande jusqu'aux zones tropicales de l'Atlantique Nord, et quatre années d'analyses ADN, pour résoudre l'énigme. La réponse, dévoilée dans une étude publiée par la revue Nature (9 mai 2024), tient en un mot : la symbiose.

Cette association très intime entre deux êtres vivants a façonné la planète telle que nous la connaissons aujourd'hui, depuis les récifs coralliens (symbiose entre le corail et l'algue zooxanthelle) jusqu'à la mycorhize,  fine dentelle qui fait vivre nos sols (symbiose entre des champignons et les racines des plantes). Et trouve désormais une nouvelle illustration.

Un travail de détective

Partie de la côte allemande à bord de deux navires direction les tropiques en 2020, l'équipe dirigée par des chercheurs de l'Institut Max Planck de microbiologie marine a recueilli plusieurs centaines de litres d'eau de mer. Dans cet échantillon massif, il leur a d'abord fallu repérer le gène codant pour une enzyme impliquée dans la fixation biologique de l'azote, pour ensuite reconstituer pas à pas le reste du génome de l'organisme inconnu qui s'avérait capable d'effectuer cette transformation chimique.

"Il s'est agi d'un travail de détective long et minutieux", confie Bernhard Tschitschko, premier auteur de l'étude et expert en bio-informatique (communiqué), "mais en fin de compte, le génome a résolu de nombreux mystères. Nous savions que le gène de la nitrogénase provenait d'une bactérie apparentée (au genre) Vibrio, mais de manière inattendue, l'organisme lui-même était étroitement lié aux (bactéries) Rhizobia qui vivent en symbiose avec les légumineuses."

En effet, sur la terre ferme, les bactéries du genre Rhizobium se trouvent en symbiose avec les racines des plantes légumineuses, telles que les haricots ou les pois, au niveau de petits renflements appelés "nodosités". En échange d'azote assimilable par ses propres cellules, le végétal fournit à son minuscule symbiote de l'énergie ainsi qu'un milieu pauvre en oxygène, propice à son activité.

Mais dans l'océan, quel hôte pouvait bien héberger ces précieux fixateurs d'azote ? À l'aide d'un marquage fluorescent appliqué à ces bactéries, les auteurs de l'étude ont constaté que celles-ci se nichaient à l'intérieur de diatomées – des algues microscopiques faisant partie de la composition du plancton. Il s'agit selon eux de la " première symbiose connue entre une diatomée et un fixateur d'azote autre qu'une cyanobactérie. " 

Le stade précoce d'une fusion ?

La bactérie symbiotique, qui a reçu le nom (provisoire) de Can­did­atus Tecti­glo­bus di­at­omi­c­ola, reçoit du carbone de la part de l'algue en échange d'une forme d'azote assimilable par celle-ci… et pas qu'un peu, d'ailleurs !

" Pour soutenir la croissance de la diatomée, la bactérie fixe 100 fois plus d'azote qu'elle n'en a besoin pour elle-même ", détaille Wiebke Mohr, co-auteur de l'étude.

En retournant en mer, les scientifiques ont repéré cette nouvelle symbiose un peu partout dans le monde, en particulier dans des zones pauvres en cyanobactéries. Ce qui tend à confirmer le rôle crucial joué par cette intime alliance dans le fonctionnement de l'écosystème marin, lequel absorbe la moitié du dioxyde de carbone émis par les activités humaines, limitant ainsi en partie le réchauffement climatique.

Par ailleurs, les auteurs notent que cette symbiose bactérie-diatomée pourrait constituer le stade précoce d'une fusion entre deux organismes pour n'en former qu'un, le plus petit étant amené à devenir un simple organite, ou compartiment cellulaire, au sein du plus grand. Un processus qui s'est déjà produit au cours de l'évolution, donnant naissance aux mitochondries, les " usines à énergie " de nos cellules, ainsi qu'aux chloroplastes, sièges de la photosynthèse chez les végétaux.



 

La question de l'origine de l'arbre de vie, vieille de plusieurs décennies, pourrait enfin être résolue

Des scientifiques utilisent une nouvelle application de l'analyse chromosomique pour répondre enfin à une question qui a interpellé les biologistes pendant plus d'un siècle.

Après des décennies de débats, des scientifiques pensent avoir identifié l'ancêtre le plus récent de la sœur de tous les animaux grâce à l'utilisation novatrice d'une technique analytique. Cette découverte résout une question centrale concernant l'évolution de l'arbre de la vie animale dans son ensemble.

Tous les animaux descendent d'un seul ancêtre commun, un organisme multicellulaire qui a probablement vécu il y a plus de 600 millions d'années. Cet ancêtre a eu deux descendances : l'une qui a conduit à l'évolution de toute la vie animale, et l'autre qui est considérée comme la sœur de tous les animaux.

Dans leur quête pour identifier les animaux vivants les plus étroitement liés à ce groupe jumeau, les scientifiques ont réduit les possibilités à deux candidats : les éponges de mer et les méduses à peigne (cténophores). Cependant, les preuves concluantes de l'existence de l'un ou l'autre de ces candidats n'ont pas encore été apportées.

Une nouvelle étude, publiée le 17 mai dans la revue Nature, vient de résoudre ce débat de longue haleine grâce à l'utilisation novatrice de l'analyse chromosomique.

La solution est apparue alors que Darrin T. Schultz, auteur principal et actuel chercheur postdoctoral à l'université de Vienne, et une équipe multi-institutionnelle séquençaient les génomes (l'ensemble des informations génétiques) de la méduse et de ses proches parents afin de mieux comprendre leur évolution.

Plutôt que comparer des gènes individuels, l'équipe a examiné leur position sur les chromosomes d'une espèce à l'autre. Bien que l'ADN subisse des modifications au cours de l'évolution, les gènes ont tendance à rester sur le même chromosome. Dans de rares cas de fusion et de mélange, les gènes sont transférés d'un chromosome à l'autre dans le cadre d'un processus irréversible. Schultz compare ce processus au mélange d'un jeu de cartes. Si vous avez deux jeux de cartes et que vous les mélangez "il est impossible de les démélanger comme elles étaient avant, la probabilité d'une telle opération est presque impossible", a déclaré Schultz à Live Science.

En d'autres termes, une fois qu'un gène s'est déplacé d'un chromosome à l'autre, il n'y a pratiquement aucune chance qu'il réapparaisse dans sa position d'origine à un stade ultérieur de l'évolution. En examinant le mouvement à grande échelle de groupes de gènes à travers les groupes d'animaux, Schultz et son équipe ont pu obtenir des informations importantes sur l'arbre généalogique de ces animaux.

L'équipe a trouvé 14 groupes de gènes qui apparaissaient sur des chromosomes distincts chez les méduses à peigne et leurs parents unicellulaires "non animaux". Il est intéressant de noter que chez les éponges et tous les autres animaux, ces gènes ont été réarrangés en sept groupes.

Étant donné que l'ADN de la méduse à peigne conserve les groupes de gènes dans leur position d'origine (avant leur réarrangement en sept groupes), cela indique qu'elle est la descendantes du groupe frère qui s'est détaché de l'arbre généalogique animal, avant que le mélange ne se produise.

En outre, les réarrangements de l'emplacement des gènes qui étaient communs aux éponges et à tous les autres animaux suggèrent un ancêtre commun dont ces réarrangements sont l'héritage. Ces résultats résolvent donc la question controversée quant à l'ensemble de l'arbre de vie des animaux et son origine.

Depuis que les ancêtres des méduses à peigne et des éponges se sont détachés de l'arbre généalogique, leurs descendants modernes n'ont cessé d'évoluer, de sorte que nous ne pouvons pas utiliser ces informations pour indiquer à quoi ressemblaient exactement les premiers animaux. Toutefois, les scientifiques estiment qu'il sera très utile d'étudier ces animaux modernes à la lumière de ces nouvelles informations sur leur lignée. "Si nous comprenons comment tous les animaux sont liés les uns aux autres, cela nous aide à comprendre comment les animaux ont évolué et ce qui fait d'eux ce qu'ils sont", a déclaré M. Schultz.

La découverte à Tchernobyl de cet être vivant unique au monde ouvre la voie à de nombreuses perspectives enthousiasmantes pour l’humanité

Un invité inattendu à Tchernobyl a attiré l’attention des scientifiques du monde entier pour ses propriétés uniques et son potentiel révolutionnaire : le cladosporium sphaerospermum. Ce micro-organisme extraordinaire ne se contente pas de survivre dans un environnement hautement radioactif, il prospère grâce à sa capacité à convertir les radiations en énergie vitale, faisant de lui un allié précieux pour l’humanité, notamment dans la recherche spatiale.

Découverte et caractéristiques du champignon de Tchernobyl

Identifié pour la première fois en 1986 dans les environs de la centrale nucléaire de Tchernobyl après la catastrophe, le Cladosporium sphaerospermum appartient à la catégorie des organismes extrêmophiles. Ces êtres vivants exceptionnels sont capables de résister à des conditions environnementales extrêmes, là où la plupart des autres espèces périraient. Ce champignon se distingue par sa couleur gris-vert caractéristique et sa texture veloutée. Ses colonies se développent de manière aplatie, formant des structures arborescentes composées de chaînes de conidies sombres et rondes. Les conidies, mesurant entre 3 et 4,5 μm de diamètre, sont généralement unicellulaires mais peuvent former des chaînes par bourgeonnement.

Un champignon radiotrophique

La particularité la plus remarquable du Cladosporium sphaerospermum réside dans sa nature radiotrophique. Contrairement à la majorité des organismes qui subissent les effets néfastes des radiations, ce champignon les utilise comme source d’énergie. Ce processus, comparable à la photosynthèse chez les plantes, lui permet de convertir les radiations ionisantes en énergie nécessaire à sa croissance et à sa reproduction. Cette capacité unique est attribuée à la présence de mélanine dans ses cellules. La mélanine, un pigment foncé, joue un rôle crucial dans l’absorption et la conversion des radiations en énergie utilisable par le champignon. Des études ont montré que l’exposition aux radiations modifie rapidement les propriétés chimiques de la mélanine, augmentant ainsi l’efficacité du transfert d’électrons dans les cellules du Cladosporium sphaerospermum.

Potentiel pour l’exploration spatiale

Les propriétés exceptionnelles de ce champignon ont suscité un vif intérêt dans le domaine de l’exploration spatiale. Les chercheurs envisagent son utilisation comme bouclier biologique pour protéger les astronautes des radiations cosmiques lors de missions de longue durée, notamment vers Mars. Des expériences menées à bord de la Station Spatiale Internationale (ISS) ont démontré que le Cladosporium sphaerospermum peut non seulement survivre mais aussi se développer plus rapidement dans l’environnement spatial. Une fine couche de ce champignon a permis de filtrer un pourcentage significatif des radiations, laissant entrevoir la possibilité de créer un bouclier biologique efficace pour les futures missions spatiales.

Applications potentielles

Au-delà de l’exploration spatiale, le Cladosporium sphaerospermum offre des perspectives prometteuses dans divers domaines :

- Décontamination des sites nucléaires : Sa capacité à absorber les radiations pourrait être exploitée pour assainir les zones contaminées par des accidents nucléaires.

- Médecine : Les propriétés de la mélanine du champignon pourraient inspirer le développement de nouveaux traitements contre les effets nocifs des radiations sur le corps humain.

- Biotechnologie : L’étude de ses mécanismes d’adaptation pourrait conduire à la création d’organismes génétiquement modifiés capables de résister à des conditions extrêmes.

- Énergie alternative : La compréhension du processus de conversion des radiations en énergie pourrait ouvrir la voie à de nouvelles formes de production d’énergie propre.

Défis et perspectives du Cladosporium sphaerospermum

Malgré son potentiel prometteur, l’utilisation du Cladosporium sphaerospermum soulève également des questions et des défis. Les chercheurs doivent encore approfondir leur compréhension des mécanismes exacts par lesquels ce champignon convertit les radiations en énergie. De plus, les implications à long terme de son utilisation dans divers environnements doivent être soigneusement étudiées pour garantir son efficacité.

En conclusion, le Cladosporium sphaerospermum de Tchernobyl représente bien plus qu’une simple curiosité scientifique. Ce champignon radiotrophique incarne l’incroyable capacité d’adaptation de la vie et ouvre des perspectives fascinantes pour l’avenir de l’exploration spatiale, de la décontamination environnementale et de la biotechnologie. Alors que la recherche continue d’explorer ses secrets, ce micro-organisme extraordinaire pourrait bien devenir un acteur clé dans notre quête de solutions innovantes face aux défis technologiques et environnementaux du XXIe siècle.



 

CES MORTS QUI EN ONT SUPPLANTÉS D'AUTRES

Jean d’Ormesson, écrivain et Académicien français s’est éteint mardi. Le lendemain, c’était au tour de Johnny Hallyday de nous quitter. 

Lady Di et Mère Teresa,

Lady Di est morte un 31 août, éclipsant malgré elle le décès de son amie Mère Teresa, disparue cinq jours plus tard.

Jean Cocteau et Edith Piaf

Edith Piaf meurt le 10 octobre 1963 à Grasse, mais son ami Jean Cocteau apprend la nouvelle le lendemain. Il se se serait écrié : "C'est le bateau qui achève de couler. C'est ma dernière journée sur cette terre."  Avant de s'éteindre lui-même une demi-heure plus tard. Ce qui semble bien être un légende

Farrah Fawcett et Michael Jackson

La femme au sourire et brushing les plus célèbres des années 1970, s'est éteinte des suites d'un cancer le même jour que Michael Jackson, le 25 juin 2009, à l'âge de 62 ans. Les obsèques de l'actrice américaine ont eu lieu mardi 30 juin à Los Angeles, dans la cathédrale Notre-Dame-des-Anges. Seulement quelques dizaines d'admirateurs s'étaient réunis à l'extérieur de l'église pour un ultime hommage à l'actrice. 

De l'autre côté, Michael Jackson, fut inhumé jeudi 3 septembre au soir dans la plus stricte intimité.  

River Phoenix et Federico Fellini 

En 1993, le jeune acteur prometteur River Phoenix, 23 ans, meurt d'une overdose à la sortie d'une boîte de nuit, dont Johnny Depp est co-propriétaire, le soir d'Halloween-  Le jour précédent cette nuit tragique, le monde faisait ses adieux à l'un des plus grands et célèbres réalisateurs italiens du XXe siècle : Federico Fellini. Une mort totalement occultée par Hollywood et la presse américaine, qui se focalisent davantage sur le décès brutal de la jeune star montante. 

Ingmar Bergman et Michelangelo Antonioni

30 juillet 2007 : jour de deuil pour le septième art qui dit adieu à deux géants. Michelangelo Antonioni – cinéaste italien tourné vers la modernité et célébré pour ses films "Blow Up" ou "l'Avventura" – et Ingmar Bergman – cinéaste suédois connu pour son œuvre marquée par des questionnements sur le couple, la mort, la solitude, dont notamment "le Silence" – meurent le même jour. 

Aldous Huxley, C. S. Lewis et JFK  

Les deux écrivains sont morts le même jour, le 22 novembre 1963. Une date qui vous rappelle sûrement autre chose : celle de l'assassinat du président américain John Fitzgerald Kennedy. Non seulement les deux romanciers meurent le même jour que le président en exercice d'une des plus grandes puissances mondiales, mais ils tombent en plus sur celui dont la mort reste un des grands mystères du XXe siècle.

Prokofiev et Staline 

Le compositeur russe Sergueï Prokofiev meurt le 5 mars 1953 à Moscou, à une heure d'intervalle du dirigeant soviétique Staline. "La Pravda", journal du parti bolchévique, se concentre alors exclusivement sur la mort du "petit père des peuples" et met même... plusieurs jours avant d'annoncer celle de Prokofiev.

John Adams et Thomas Jefferson

En plus d'avoir exercé le même prestigieux et tant désiré métier, ils sont morts le même jour, à quelques heures d'intervalle. John Adams et Thomas Jefferson, les deuxième et troisième présidents des Etats-Unis, se sont suivis dans la mort le 4 juillet 1826. Le jour commun de leur décès est également celui de... la fête nationale américaine. Plus intriguant encore pour tous les adeptes des théories du complot en tout genre : le 4 juillet 1826 marque les 50 ans jour pour jour de la signature de la Déclaration d'indépendance, que John Adams et Thomas Jefferson avaient co-rédigée.

William Shakespeare et Miguel de Cervantes

Il y a également ceux qui meurent le même jour sans que ce soit le même jour. C'est le cas de William Shakespeare et Miguel de Cervantes qui meurent le 23 avril 1616... mais pas la même journée ! 

Une bizarrerie due au calendrier. L'Espagne, tout comme la France, était passée dès 1582 au calendrier grégorien (celui qui toujours en vigueur aujourd'hui), tandis que la Grande-Bretagne a conservé l'ancien calendrier (le calendrier julien) jusqu'en 1752.

En réalité, Cervantes est donc mort onze jours après Shakespeare. 

Créer de nouveaux souvenirs pendant le sommeil ?

L'équipe de Karim Benchenane du Laboratoire Plasticité du cerveau à l'ESPCI, associée à des chercheurs du laboratoire Neuroscience à l'Institut de biologie Paris-Seine, a réussi à créer artificiellement, à l'aide d'une interface cerveau-machine, un souvenir de lieu pendant le sommeil chez la souris. Cette étude publiée dans la revue Nature Neuroscience démontre ainsi le rôle causal des cellules de lieu de l'hippocampe dans l'établissement d'une carte cognitive de l'environnement, et leur rôle dans la consolidation de la mémoire pendant le sommeil.

L'hippocampe est une structure cérébrale cruciale pour la mémoire et la navigation spatiale, chez l'homme comme chez l'animal. En effet, des lésions de l'hippocampe entrainent une amnésie antérograde, c'est à dire l'incapacité de former de nouveaux souvenirs. De plus, ces études de lésions ont pu montrer qu'il existait deux types de mémoire: la mémoire dite déclarative ou explicite, qui peut être communiquée par des mots, et la mémoire procédurale, qui concerne notamment des apprentissages moteurs, ou encore les conditionnements simples. Chez le rongeur, la mémoire spatiale, dont les facultés sont altérées par des lésions de l'hippocampe, est alors considérée comme une mémoire de type explicite, notamment lorsqu'elle est utilisée dans la mise en place d'un comportement dirigé vers un but.

De manière intéressante, l'activité de certains neurones de l'hippocampe est corrélée à la position de l'animal dans un environnement: on parle de cellules de lieu. Ce corrélât est si fort que l'on peut déduire la position de l'animal uniquement par l'analyse de l'activité de ces cellules de lieu, ce qui suggère que l'animal pourrait se servir de ces neurones particuliers comme carte mentale lors de la navigation. La découverte de ces cellules de lieu, ainsi que l'établissement de la théorie de la carte cognitive, a valu au neurobiologiste John O'Keefe l'attribution du prix Nobel de médecine 2014. Cependant, même si cette théorie était unanimement acceptée, elle ne reposait que sur des corrélations et il n'y avait jusqu'alors pas de preuve directe d'un lien de causalité entre la décharge des cellules de lieu et la représentation mentale de l'espace.

L'activité de ces cellules pourrait également expliquer le rôle bénéfique du sommeil dans la mémoire. En 1989, le chercheur Gyuri Buzsaki a proposé que ce rôle bénéfique pourrait reposer sur les réactivations neuronales survenant pendant le sommeil. En effet pendant le sommeil, les cellules de lieu rejouent l'activité enregistrée pendant l'éveil, comme si la souris parcourait à nouveau mentalement l'environnement afin d'en renforcer son apprentissage. A nouveau, cette théorie, bien qu'étayée par un nombre important de résultats concordants, n'avait pas pu être démontrée directement.

L'équipe du Laboratoire Plasticité du Cerveau à l'ESPCI, a utilisé une interface cerveau-machine pour associer pendant le sommeil les réactivations spontanées d'une cellule de lieu unique à une stimulation dans les fibres dopaminergiques du circuit de la récompense, appelé faisceau médian prosencéphalique. Au réveil, la souris se dirigeait directement vers le champ de lieu de la cellule de lieu associée aux stimulations, comme pour y rechercher une récompense, alors qu'aucune récompense n'y avait jamais été présentée. La souris avait donc consolidé un nouveau souvenir pendant son sommeil, celui de l'association de ce lieu à une sensation de plaisir.

Dans cette expérience, l'activité de la cellule de lieu était décorrélée de la position de la souris puisque celle-ci était endormie dans sa cage. L'association entre l'activité du neurone et de la stimulation récompensante entraine au réveil de la souris une association lieu-récompense. Cette étude apporte donc une preuve du lien causal entre l'activité d'une cellule de lieu et la représentation mentale de l'espace. Enfin, elle montre que les réactivations des cellules de lieu pendant le sommeil portent bien la même information spatiale que pendant l'éveil, confirmant ainsi le rôle des réactivations neuronales dans la consolidation de la mémoire.

Cette étude démontre enfin qu'il est possible de créer une mémoire complexe, ou explicite, durant le sommeil, allant bien au delà des précédentes études montrant que des conditionnements simples pouvaient être réalisés pendant le sommeil. Ces recherches pourraient permettre le développement de nouvelles thérapies du stress post-traumatique en utilisant le sommeil pour effacer l'association pathologique.