mercredi 9 décembre 2015

Des forages profonds pour atteindre le MOHO vont bientôt débuter

Pour CAPES et Agreg
Thèmes : géologie interne, lithosphère océanique

 


Ce n'est pas "Voyage au centre de la Terre" mais c'est un début...
Des avancées considérables dans la connaissance de la structure interne de la Terre sont attendues d'une mission d'un navire américain JOIDES Resolution qui vogue actuellement dans l'Océan Indien en direction d'une dorsale océanique située au sud-est de Madagascar. Ce bateau océanographique est doté d'une tour de forage et sa mission est claire : percer la croûte océanique pour atteindre, au bout de 5 à 8 kilomètres, le MOHO. Cette discontinuité découverte en 1909 par le croate Mohorovicic est un niveau où la vitesse des ondes sismiques est modifiée par un changement des propriétés physiques des roches se trouvant en profondeur. La nature de ce changement n'a pas encore été clairement démontrée d'où l'idée d'aller faire directement des prélèvements sur place.

Des microbiologistes seront aussi présents et analyseront les roches qui seront remontées. Des analyses préliminaires suggèrent que de l'eau de mer a pu percolé jusqu'à plusieurs km de profondeur et elle transforme les roches en serpentinite. Or, cette réaction dégage du méthane et il est possible que certaines bactéries puissent l'utiliser comme source de carbone et d'énergie. Signalons que l'on n'a pas toujours besoin de forage pour voir des serpentinites vu qu'on en trouve par exemple au Massif du Chenaillet dans les Alpes (à la suite d'une obduction).

Source : http://christian.nicollet.free.fr/page/questions.html

Pour l'instant seule la première phase du forage jusqu'à un peu plus de 2 km est financée et planifiée. Espérons que l'on ne s'arrêtera pas en si bon chemin.


lundi 23 novembre 2015

El Niño 2015 : le petit garçon est devenu grand

Pour CAPES et Agreg
Thèmes : climat, courant océanique




El Niño (qui signifie le petit garçon en espagnol) désigne un courant chaud qui apparaît régulièrement au large du Pérou et de l'Equateur. Ce courant a des effets écologiques locaux car il bloque une zone d'upwelling (remontée d'eaux froides appelée le courant de Humboldt) au large des côtes ouest de l'Amérique du Sud qui est favorable au plancton et donc aux poissons. Ainsi, en période El Niño la pêche en mer est très faible au large du Pérou et de l'Equateur. Le Pérou pêche habituellement chaque année 7,5 millions de tonnes d’anchois qui sont mangées directement ou forment 30 % des farines de poissons dont a besoin l’aquaculture mondiale. 

Mais El Niño a aussi des conséquences plus globales sur le climat. La NOAA (National Oceanic and Atmospheric Association) a annoncé aujourd'hui que El Niño actuel serait exceptionnel, au moins de la magnitude de ceux de 1982-1983 et 1997-1998.Normalement, les alizés repoussent le courant vers l'ouest mais les alizés cette année sont particulièrement faibles permettant à l'anomalie chaude de s'étendre avec toute sa puissance. La température des eaux est de 2,2°C au-dessus de la normale.
On attend des pluies diluviennes sur les versants ouest de la Cordillère des Andes (les nuages se dirigeant vers l'est sont "bloqués" par ces montagnes).
Les effets d'El Niño se font sentir dans toute la zone tropicale du Pacifique et la saison actuelle particulièrement riche en typhons sur le Sud-Est asiatique est liée au phénomène (29 typhons cette année alors que le précédent record est de 23). Point positif : la saison des ouragans est généralement plus faible dans l'Atlantique en période El Niño.

Reste une inconnue :  2015 est une année qui va battre des records de chaleur à l'échelle mondiale. C'est la première fois qu'un fort El Niño a lieu dans un tel contexte. Ce réchauffement épisodique n'est plus localisé. Par exemple au large de la Californie, les eaux sont actuellement à +4°C par endroits par rapport à la normale. Une étude datant de 2014 a montré qu'en retour, le réchauffement climatique allait favoriser les El Niño forts.

Le courant devrait atteindre son pic de chaleur vers Noël avant de disparaître progressivement au printemps.  

Voir cet article 

lundi 9 novembre 2015

Arabidopsis peut éviter l'autofécondation grâce à des gènes du coquelicot

Plutôt pour Agreg
Thèmes : reproduction des Angiospermes, pollinisation, diversité génétique


Tube pollinique en croissance chez Arabidopsis thaliana, coloré par du bleu aniline (colore la callose). Source : http://www.genetics.org/content/193/3.cover-expansion

 Beaucoup de fleurs sont hermaphrodites et divers systèmes ont évolué pour éviter l'auto-fécondation qui, à terme, peut nuire à la diversité génétique d'une population. Ces systèmes sont dit d'auto-incompatibilité. Celui de la famille du coquelicot, Papaver rhoeas, est contrôlé par un locus S et dépend d'un déterminant exprimé dans le pistil (PrsS, S comme stigma) et d'un déterminant exprimé par le grain de pollen (PrsP). L'interaction de PrsS et de PrsP aboutit en cas de trop grande proximité génétique au déclenchement de l'apoptose (ou mort cellulaire programmée) du grain de pollen ce qui empêche la fécondation.

Arabidopsis thaliana, la "drosophile des végétaux", est un modèle de génétique du développement et de physiologie très étudié. Or cette plante n'a pas de système d'auto-incompatibilité (qu'elle a perdu récemment à l'échelle de l'évolution, il y a 0,5 million d'années et c'était un système basé sur des gènes différents : SCR et SRK). Cela lui confère un avantage d'ailleurs comme modèle en génétique car, par des auto-fécondations, on peut facilement maintenir des lignées pures.

Des chercheurs anglais, dans un article publié dans le dernier Science, montrent que l'on peut transférer le système d'auto-incompatibilité du coquelicot vers Arabidopsis. Des plants transgéniques exprimant PrsS et PrsP ont ainsi été générés et les pistils d'Arabidopsis ont rejeté les grains de pollen exprimant le même allèle qu'eux et accepté les autres. Des molécules du coquelicot sont donc capables d'induire une apoptose chez Arabidopsis, de manière contrôlée. Le résultat est d'autant plus remarquable que Arabidopsis et le coquelicot appartiennent à deux familles (Brassicacées et Papavéracées) très éloignées parmi les Angiospermes, dont le dernier ancêtre commun remonte à 140 millions d'années. L'idée est que les mécanismes d'auto-incompatibilité utilisent en aval des mécanismes d'induction de l'apoptose qui sont présents chez toutes les Dicotylédones, voire tous les Angiospermes, ce qui pourrait permettre de transférer des mécanismes d'auto-incompatibilité chez des plantes cultivées monocotylédones qui sont autogames (comme le blé ou le riz).




mercredi 21 octobre 2015

Le staphylocoque doré détruit les globules rouges et récupère le fer de l'hémoglobine

Pour Agreg
Thèmes : parasite, hémoglobine, microbiologie



Hème avec son fer couplé à une molécule de dioxygène; Source : http://christophe.laborie1.free.fr/le%20dopage%20sanguin/sources/structure.htm

Le staphylocoque doré est une des bactéries les plus courantes : c'est un commensal de l'homme. Son nom vient de sa haute teneur en caroténoïdes qui lui donne une couleur orangée. Mais c'est aussi une des bactéries les plus fréquemment impliquées dans diverses pathologies : elle peut causer des infections localisées (comme le panaris) mais qui peuvent dégénérer en infection généralisée (septicémie). Il peut causer des pneumonies, des méningites et des inflammations des os (ostéomyélites) ainsi que des intoxications alimentaires. Les infections nosocomiales ont également souvent pour origine cette bactérie.

Pour se multiplier la bactérie a besoin de fer et c'est un mécanisme particulier d'obtention du fer qu'une équipe franco-américaine vient de mettre en évidence. Le fer libre est en effet très rare dans l'organisme. Le staphylocoque doré utilise une source importante de fer, mais initialement chélaté : celui de l'hème de l'hémoglobine ! Pour l'obtenir, il détruit les globules rouges grâce à des toxines qui se fixent sur un récepteur (appelé DARC) à la surface des globules rouges. L'expression de ce récepteur dans des cellules non sensibles habituellement aux toxines de la bactérie aboutit à la lyse des cellules en présence de ces toxines. Si on revient au sang, l'hémoglobine se retrouve maintenant libre dans le plasma et donc plus accessible à la bactérie. Les chercheurs ont testé que dans ces conditions de culture, la bactérie prolifère très bien, en absence de source de fer supplémentaire que l'hémoglobine libérée. L'étape suivante n'a pas encore été élucidée : comment le staphylocoque doré détache le fer de l'hémoglobine ?

En attendant les deux toxines (LukED et HlgAB) impliquées dans la lyse des globules rouges sont d'évidentes nouvelles cibles thérapeutiques pour faire de nouveaux antibiotiques. Ces toxines ont aussi la propriété de s'attaquer à des cellules du système immunitaire (les neutrophiles) donc ces antibiotiques seraient doublement utiles. 

Voir cet article 

 Article original
 

mardi 6 octobre 2015

L'effet complexe du réchauffement climatique sur le débourrement des feuilles

Pour CAPES et Agreg
Thèmes : réchauffement climatique, rythme des saisons, feuille, photopériode





Ce n'est pas tout à fait la saison actuellement mais une étude parue dans le dernier Nature traite du débourrement (ou débourrage) des feuilles au printemps et de l'effet du réchauffement climatique. Ce dernier a pour effet de rendre plus précoce le développement des feuilles. Il est connu depuis longtemps que la sortie de dormance des bourgeons dépend de la température (passage par un froid hivernal (vernalisation) et/ou augmentation de la température au printemps), mais aussi de la photopériode, de l'humidité... Chaque espèce a son propre profil et par exemple les hêtres sont très peu sensibles à la température et c'est la photopériode qui est le facteur déterminant.

Les chercheurs de l'étude ont analysé des données portant sur 1245 sites en Europe concernant les 7 espèces des forêts décidues les plus courantes sur 33 ans (de 1980 à 2013). De manière étonnante, ils se sont rendus compte qu'au fur et à mesure que les températures moyennes augmentent, l'effet sur la précocité du débourrement des feuilles s'atténue. L'une des explications amenées par les chercheurs est que le réchauffement concerne aussi la période de vernalisation : comme il fait moins froid en hiver cela provoque un retard du débourrement qui compense l'avance due à de plus hautes températures printanières. 

Cet effet n'explique cependant pas tout (notamment parce que des espèces peu sensibles à la vernalisation sont aussi affectées en partie par cette "désensibilisation" à l'effet température). Il se peut aussi que l'effet de la photopériode devienne prédominant si on entre dans des périodes trop précoces. 

vendredi 18 septembre 2015

Régression du poumon du coelacanthe au cours de l'évolution

Pour Agreg et CAPES
Thèmes : évolution, parenté entre les vertébrés, respiration 




Le coelacanthe est un Sarcoptérygien (comme nous) qui a des muscles dans ses nageoires paires, mais n'est pas un Tétrapode. Il en existe de nombreuses espèces fossiles (depuis 400 millions d'années) et deux actuelles, bien vivantes, du genre Latimeria. C'est une espèce qui vit assez profondément (entre 120 et 800 mètres de profondeur) et qui n'a été observée vivante que depuis les années 1930. Par contre, quand on a la chance d'en voir un, il ne peut pas passer inaperçu : il peut atteindre 2 m de longueur et peser 100 kg. Il a peu évolué morphologiquement depuis 400 millions d'années, ce qui ne veut pas dire qu'il n'a pas évolué du tout.

Dans le dernier Nature Communications, des chercheurs français (Museum National d'Histoire Naturelle) et brésiliens ont étudié l'anatomie interne de coelacanthe grâce au synchrotron de Grenoble. Ils ont pu mettre en évidence chez l'adulte un poumon régressé, noyé dans un organe graisseux qui joue un rôle dans la flottabilité de l'animal (il n'y a pas de vessie natatoire). Les chercheurs ont observé également des embryons et ont ainsi bien pu identifier le poumon en développement mais dont la croissance est stoppée par la suite (un exemple d'allométrie). Or les paléontologues avaient observé un organe allongé et bien développé à ce même endroit dans les coelacanthes fossiles adultes jusqu'au Crétacé (-66 millions d'années). D'où la conclusion qu'il y a eu évolution du coelacanthe et régression des poumons. Durant et avant le Crétacé, les coelacanthes vivaient plutôt en surface avec un poumon fonctionnel et non pas en profondeur. La régression du poumon est ainsi en corrélation avec leur changement de milieu où le poumon devient moins utile. Il est possible que cette modification de milieu leur ait permis de survivre à la crise Crétacé-Tertiaire. 

mardi 18 août 2015

Les mers et océans se refroidissaient avant le début du réchauffement climatique actuel




 L'entrée de l'Homme dans l'ère industrielle a provoqué en très peu de temps des modifications considérables à l'échelle de la planète, ce qui peut justifier l'entrée dans une nouvelle ère géologique (l'Anthropocène). 


Source : http://www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/full/ngeo2510.html


Une étude intéressante est parue dans le dernier Nature Geoscience où des chercheurs sont parvenus à reconstituer les variations de température des eaux de surface sur 57 sites répartis sur toutes les mers du globe depuis 2000 ans. Pour accéder à ces informations, les chercheurs ont étudié du zooplancton (des Foraminifères) fossile enfoui dans les sédiments marins et leur teneur en magnésium et en calcium (rapport Mg/Ca), la composition des lipides (C37 alkenone unsaturation), la relative abondance de cystes de Dinoflagellés qui sont tous des paramètres dépendant de la température de l'eau dans laquelle ils se sont développés, c'est-à-dire les eaux de surface.  

Bilan ? Du Ier au milieu du XIXème siècle, il y a eu un refroidissement global des températures de surface. Ce refroidissement a été le plus marqué dans les eaux tropicales (jusqu'à 3°C en moins). Ce refroidissement est surtout perceptible depuis le début du Petit Âge Glaciaire, à partir des années 1300s. Divers paramètres peuvent être impliqués pour expliquer ce refroidissement, mais les auteurs mettent en avant l'activité volcanique accrue durant cette période. 

Voici le décompte des éruptions volcaniques majeurs susceptibles de perturber le climat par période de 200 ans : 

"3 in the 801-1000 interval 
3 in the 1001-1200 interval 
5 in the 1201-1400 interval 
3-4 in the 1401-1600 interval 
4-5 in the 1601-1800 interval
5 in the 1801-2000 interval"

Les éruptions volcaniques relâchant beaucoup d'aérosols dans l'atmosphère y ont des effets immédiats (voir par exemple les effets de l'éruption du volcan islandais Laki en 1783) mais apparemment, ces effets se prolongent via des effets à plus long terme dans les océans.

Dès le milieu du XIXème siècle (soit à peine 60 ans environ après le dépôt du brevet de la machine à vapeur par James Watt), la baisse est stoppée et les températures se mettent à remonter. La vitesse du réchauffement actuel est 20 fois supérieur à la vitesse de la baisse précédente sur 1800 ans. Les mers et les océans sont donc en train d'absorber une très vaste quantité de chaleur. On notera que le niveau de fortes éruptions volcaniques n'a pas diminué entre les années 1800 et 2000 par rapport à d'autres tranches de 200 ans donc ce n'est pas une baisse d'activité volcanique qui explique la fin du refroidissement et le début du réchauffement (nous savons bien que la cause est l'émission de gaz à effet de serre par les activités humaines; merci James Watt !!).

Le rôle et la cinétique des différents paramètres qui contrôlent la température des mers et des océans sont des paramètres clés pour comprendre l'avenir du climat et donc cette étude est particulièrement intéressante pour des futures modélisations.

Voir l'article original

Voir aussi ce site où les auteurs de l'article répondent à diverses questions concernant leur étude.

vendredi 17 juillet 2015

Le plus vieux fossile de la famille des tortues révèle leur histoire évolutive

Pour Agreg
Thèmes : évolution, squelette

Une belle découverte de fossile a été réalisée par des paléontologues allemands dans une carrière du Bade-Wurtemberg (sud-ouest du pays). 



Le fossile a été découvert dans de l'argilite lacustre (fond de lac pétrifié) datant de 240 millions d'années (Trias moyen) et répond au joli nom de Pappochelys rosinae (Pappo pour les intimes). Il s'agit du plus ancien fossile de Chélonien (famille des tortues) connu à ce jour (le précédent fossile le plus ancien datait de 220 millions d'années). Il présente un mélange de caractères ancestraux et dérivés qui permettent de le rapprocher des lézards (et non des crocodiliens), ce qui est concordant avec des analyses de données de phylogénie moléculaire datant de 2011. 

Par rapport à un lézard "classique" les côtes sont élargies et une fusion partielle apparaît pour le blindage ventral ossifié typique des tortues (plastron). Il n'y a pas de carapace dorsale cependant. 

Un point important est la présence de deux fosses temporales. Les fosses temporales sont des cavités ménagées dans le squelette crânien qui permettent l'insertion des muscles (et non pour les organes des sens comme les fosses nasales ou orbitaires). Nous, les Mammifères, avons une seule fosse temporale (la tempe...) - en fait deux mais on raisonne que sur un côté, gauche ou droit. Les lézards, les crocodiles et les oiseaux (les Sauropsidés actuels) ont deux fosses temporales (même si elles sont secondairement soudées à la fosse orbitaire chez les oiseaux). Ce sont des diapsides. Or les tortues actuelles n'ont pas de fosses temporales (caractère anapside). Ce caractère anapside est aussi ancestral chez les Tétrapodes (amphibiens et premiers fossiles de Sauropsidés). D'où le débat sur le caractère anapside des tortues : maintien d'un caractère ancestral ou retour par perte secondaire du caractère diapside. Grâce à Pappochelys, on a une nouvelle indication que c'est la deuxième hypothèse qui est la plus probable : perte du caractère diapside chez les tortues

Article original dans Nature

Voir cet article

lundi 15 juin 2015

Une meilleure résolution temporelle révèle de brusques accélérations de la vitesse de déplacement des plaques

Pour BCPST, CAPES et Agreg
Thèmes : tectonique des plaques, histoire de la Terre





Des géodynamiciens australiens ont utilisé une nouvelle modélisation et un nouveau logiciel (GPlates) pour modéliser le déplacement des plaques lithosphériques durant les 200 derniers millions d'années, c'est-à-dire durant l'éclatement de la Pangée, le supercontinent qui s'est formé au Carbonifère et qui a commencé à se morceler au Trias. 

L'atout de ce nouvelle modélisation est sa résolution temporelle : la reconstitution de la position des continents est possible tous les millions d'années et non pas tous les 20 millions d'années comme précédemment. Grâce à cette meilleure résolution, il a pu être montré que les continents n'ont pas toujours bougé à la même vitesse et ont connu de courtes phases d'accélération. Ces accélérations sont corrélées à des périodes de volcanisme plus intenses. Par exemple, le continent indien qui allait entrer bientôt en collision avec l'Asie et former l'Himalaya a accéléré il y a 65 millions d'années (de 3 cm/an, la vitesse est passée à 5-6 cm/an) au moment où se formaient les trapps du Deccan, d'impressionants empilements de coulées de lave de plus de 2 km d'épaisseur en Inde. Les panaches mantelliques pourraient ainsi influer sur la vitesse des plaques (en les faisant glisser plus facilement en quelque sorte).

samedi 23 mai 2015

Vers 60 ans, 25% de nos cellules exposées aux UV ont au moins une mutation cancéreuse

Pour CAPES et Agreg 
Thèmes : mutation, ADN, cancer

Les cancers de la peau (les mélanomes mais aussi les carcinomes basocellulaires qui sont moins médiatiques mais plus fréquents (et moins dangereux, heureusement, que les mélanomes)) ont en grande partie pour origine des mutations de l'ADN par les UV, notamment les UVB qui sont les plus énergétiques et donc les plus dangereux. Parmi les altérations fréquemment générées figurent les dimères de thymine. En soi, ces dimères ne sont pas graves et la plupart sont réparées grâce à des enzymes spécifiques. Mais certains ne seront pas réparés. A la réplication suivante, ces dimères peuvent provoquer des appariements erronés qui vont introduire des mutations dans les ADN produits.


Dans une étude parue dans Science cette semaine, des chercheurs britanniques ont séquencé 74 gènes connus pour être impliqués dans des cancers de la peau, sur des biopsies de la peau du visage des volontaires (4 hommes de type caucasien de 55 à 73 ans). Cette peau était saine et sans lésion cancéreuse apparente. Ils ont abouti à leur grande surprise à la proportion de 25% de cellules qui présentent au moins une mutation typique de cellules cancéreuses (ce qui fait 100 mutations cancéreuses par cm2 de peau). A titre d'exemple, 4% de l'ensemble des cellules possédaient des mutations altérant la fonction de p53, un des plus important gène suppresseur de tumeur. Ces mutations étaient en grande majorité typiques de celles induites par les UV. Ils se sont rendus compte que ces cellules formaient des clones deux fois plus grands que les clones normaux, donc qu'elles proliféraient un peu plus vite que leurs voisines mais sans atteindre une vitesse de prolifération incontrôlée typiquement tumorale. Ce sont des cellules qui fonctionnent de manière altérée mais non encore pathologique.

Le principal intérêt de cette étude est de nous rappeler que les cellules ne deviennent tumorales qu'à la suite de plusieurs séries de mutations/sélections et qu'il y a un continuum entre les cellules normales et les cellules tumorales. D'ailleurs à la vue du chiffre de 25% on peut se demander ce que cela veut dire, une cellule "normale". Nous sommes constitués d'une mosaïque de cellules au génotype globalement similaire mais dans le détail différent. Les chercheurs souhaitent poursuivre leur étude sur un plus grand nombre d'échantillons pour estimer à partir de combien de mutations combinées les cellules basculent dans une situation pathologique.

Cette recherche confirme qu'il faut continuer à bien se protéger du Soleil pour ne pas ajouter des mutations à cet "acquis" déjà important.  Joyeux été quand même !

dimanche 3 mai 2015

Conversion enzymatique de globules rouges des groupes A et B vers le groupe O (donneur universel)

Pour CAPES et Agreg
Thèmes : sang, globules rouges, anticorps, enzyme

Les groupes sanguins ABO sont déterminés par de résidus glucidiques de glycoprotéines qui se trouvent à la surface des globules rouges et par des anticorps qui circulent dans le sang et reconnaissent la combinaison de résidus glucidiques que la personne n'a justement pas. Une mauvaise combinaison de transfusion et le système immunitaire s'attaque aux globules rouges transfusés, anéantissant l'utilité de l'opération.





Compatibilité ABO des transfusions sanguines

Comme le montre le diagramme suivant, le sang de type O est donneur universel car les anticorps anti-A et anti-B ne peuvent pas s'attaquer à lui et il n'existe pas d'anticorps anti-O. C'est donc le plus recherché des types sanguins. Or le type O, bien que fréquent, n'est pas le plus représenté dans la plupart des populations (le type A est généralement légèrement plus fréquent en Europe. Signalons qu'il existe des populations où le type O est ultra-majoritaire comme chez les Indiens d'Amérique).

Des chercheurs canadiens ont réussi à purifier et utiliser une enzyme qui est capable de convertir efficacement du sang de type A, B ou AB en type O en enlevant des résidus glucidiques à la surface des globules rouges. Cette enzyme élimine la N-acétylgalactosamine du type A et le galactose du type B. C'est une glucoside hydrolase provenant de Streptococcus pneumoniae, qui comme son nom indique peut être impliqué dans des pneumonies. Mais ici les chercheurs l'ont utilisé à bon essient en la faisant évoluer sur des milieux où la survie de cette bactérie dépend du clivage de résidus glucidiques similaires à ceux des types sanguins. De cette manière ont été sélectionnées les souches qui ont les variants les plus efficace de l'enzyme "convertissante". Cette technique s'appelle optimisation par évolution dirigée. Sur 5 générations, l'efficacité enzymatique a pu être augmentée 170 fois !

Malgré tout, les conversions ne sont pas toutes parfaites et n'atteignent pas 100% donc il faudra continuer l'optimisation et peut-être trouver une manière de faire le tri entre les globules rouges convertis et les autres pour pouvoir tester cette technique à plus grande échelle.


Voir article original 
Voir aussi cet article d'explication


samedi 18 avril 2015

Sélection de la surface de pigmentation UV des pétales des fleurs en fonction du danger mutagène

Plutôt pour Agreg
Thèmes : fleurs, couleurs, UV, mutation

Durant les explorations des régions tropicales par des explorateurs naturalistes du XVIIIème et du XIXème, il avait été remarqué que les animaux (surtout Oiseaux-Mammifères) ont des couleurs plus vives et globalement plus foncées plus on s'approche de l'équateur. C'est la règle de Gloger du nom du chercheur allemand qui a popularisé cette observation. Cela est vrai également chez les plantes et de manière jusqu'alors insoupçonnée comme l'a montré un article paru dans Nature Plants en Janvier dernier.

Les chercheurs ont étudié une plante assez commune de la famille des Rosacées, Argentina anserina (anc. nom Potentilla anserina).


Les chercheurs ont étudié la coloration des pétales. Ces derniers peuvent paraitre de la même couleur partout pour un oeil humain mais en fait une partie de l'intérieur des pétales est colorée en sombre et absorbe les ultraviolets. Ce n'est pas exceptionnel, beaucoup de fleurs ont des motifs colorés invisibles à l'oeil humain mais visibles par des insectes pollinisateurs (comme les abeilles) qui ont des photorécepteurs avec des pigments adaptés à la vision des UV. 


Source : http://www.naturfotograf.com/UV_flowers_list.html (séries de belles photos de fleurs vues en UV)

Mais ce qui est remarquable ici, c'est que les populations les plus proches de l'équateur de cette fleur ont une surface absorbant les UV plus étendue que celles à des latitudes plus importantes. Il y a une bonne corrélation entre la quantité moyenne d'UVB (280-315 nm, les plus dangereux et mutagènes pour l'ADN) reçue dans une région avec la taille de la zone sombre. Il ne s'agit pas d'une adaptation physiologique ("bronzage") mais d'un caractère contrôlé génétiquement et sélectionné différemment dans les populations selon les régions. 

L'hypothèse des auteurs est que les pétales normales renvoient des UV vers les étamines et que cela cause des mutations importantes dans l'ADN des grains de pollen. Avec une zone d'absorption des UV plus étendue, le risque de mutation est diminué et ce caractère est sélectionné dans les zones à luminosité UV importante.


Pas besoin de crème solaire pour les fleurs !!


Voir un article de Scientific American sur ce sujet

Voir l'article original

samedi 11 avril 2015

L'hypothèse d'une collision géante à l'origine de la Lune est renforcée

Pour CAPES et Agreg
Thèmes : astronomie, Lune, formation système solaire






Un des derniers problèmes non résolus concernant la naissance de la Lune vient d'être résolu dans le dernier numéro de Nature. L'hypothèse d'une collision géante de la Terre avec une planète de la taille de Mars (appelée Théia), soit 6500 km de diamètre, pour expliquer la naissance de la Lune s'en trouve renforcée. Cette collision aurait eu lieu il y a 4,527 milliards d'années soit 30-50 millions d'années après la formation du système solaire, lors de la phase d'accrétion tardive (l'accrétion désigne la capture de matière par un astre sous l'effet de la gravitation). Le matériel ejecté par cette collision aurait engendré la Lune. La masse et les mouvements de la Lune et le fait qu'elle n'ait pas de noyau de fer confortent cette hypothèse.   

Une animation pour comprendre le lien entre la collision et la formation de la Lune

Les modélisations de cette théorie implique que la Lune est formée essentiellement du matériel de la planète Théia. Or les roches de la Lune et de la Terre ont des compositions isotopiques similaires. Il faut donc imaginer une collision entre deux planètes-soeurs, avec des orbites relativement proches. Or jusqu'à présent, paradoxalement, ce genre de configuration et de collision était considéré comme rare (avec une probabilité de 1%). D'autres modèles que la collision comme la formation d'une Terre avec une rotation initiale rapide qui aurait éjecté du matériel qui aurait formé la Lune se trouvait plutôt renforcé par ces considérations.

Les astrophysiciens qui ont publié leur étude cette semaine dans Nature ont montré, à partir de nouveaux modèles de formation du système solaire, que la probabilité de formation et de collision de planètes-soeurs monte à 20 voire 40% selon les scénarios d'accrétion, ce qui rend les choses "dans une zone de probabilité plus confortable" comme le dit élégamment l'auteur de l'article.

Si ce genre d'évènements est plus probable que prévu, on devrait pouvoir observer des systèmes similaires "Terre-Lune" dans les nombreuses exoplanètes qui sont découvertes chaque année. 

samedi 21 mars 2015

Fini la génétique mendélienne avec la MCR (Mutation Chain Reaction) !

Pour CAPES et Agreg
Thèmes : génome, mutation, génétique, OGM


Après la PCR (ou Polymerase Chain Reaction), voici la MCR (ou Mutagenic Chain Reaction) ! Il s'agit rien de moins que de déclencher des mutations contrôlées dans des génomes d'animaux vivants avec une capacité de se propager avec une très grande efficacité dans la population au cours des générations.

http://www.origene.com/CRISPR-CAS9/


Ce système utilise un procédé nommé CRISPR et qui détourne un mécanisme de protection des bactéries contre des virus. Il utilise une enzyme de bactérie appellée Cas9 et qui est de plus en plus utilisée dans les laboratoires pour muter facilement des génomes. Cas9 reconnaît dans le génome des séquences complémentaires à un ARN dit guide puis crée une cassure double brin au niveau de cette séquence. Il y a alors deux solutions : soit le "trou" est rempli par des nucléotides aléatoires créant une mutation partiellement non contrôlée, soit on fait rentrer dans la cellule un ADN en partie homologue avec la séquence où se trouve la cassure (appelé ADN donneur) et qui va servir de matrice pour la réparation. La réparation ne sera bien sûr pas exacte puisque l'ADN que l'on a introduit a un ou plusieurs nucléotides de différences avec la séquence originale (sinon on ne voit pas l'intérêt !). Et ainsi après cette fausse réparation, on a introduit la mutation voulue sur le locus voulu dans le génome. Le système marche tellement efficacement que l'on peut modifier en une fois les deux allèles d'une cellule diploïde (ce qui n'est pas possible avec la technique du knock-out bien moins efficace et qui aboutit à de l'hétérozygotie seulement). Cette technique marche très bien dans tous types de cellules, y compris des cellules humaines.

Le système de MCR utilise ce système mais y ajoute le fait que la séquence que l'on va faire s'insérer lors de la "réparation" va contenir...tout ce qu'il faut pour exprimer une Cas9, l'ARN guide et l'ADN matrice. Les chercheurs ont mis au point cette technique sur la drosophile en ciblant un gène de pigmentation de l'oeil sur le chromosome X (allèle perte-de-fonction récessif). Si on croise une femelle homozygote Xmut/Xmut pour une mutation classique "mendélienne" bien sage et qu'on l'a croise avec un mâle sauvage on obtiendra parmi les femelles que des hétérozygotes Xmut/X et donc la mutation récessive ne se verra pas et toutes les femelles F1 auront les yeux rouges. Or avec la MCR, c'est 97% des femelles qui ont des yeux blancs en F1 et donc sont Xmut/Xmut !!

Pourquoi ? Parce que dans l'embryon dès que le Xmut et le X normal se retrouvent ensemble, le Xmut se met à exprimer la Cas9, l'ARN guide et l'ADN pour installer la mutation sur l'autre chromosome. Bilan : des embryons initialement Xmut/X deviennent Xmut/Xmut.


Source : http://news.sciencemag.org/biology/2015/03/chain-reaction-spreads-gene-through-insects


En fait, ce système permet d'éviter un croisement supplémentaire pour obtenir des homozygotes et permet ainsi de faire propager avec une efficacité jusqu'alors inégalée une mutation dans une population sauvage puisqu'on saute la case "hétérozygote" en quelque sorte. Cela peut être très utile pour propager très rapidement dans les populations d'anophèle une mutation qui les rend non infectables par Plasmodium et ainsi de limiter le paludisme (jusqu'à la sélection du prochain mutant résistant de Plasmodium....). Mais évidemment il faut que cette technique soit correctement encadrée et avec des garde-fous technologiques et juridiques pour éviter la propagation de mutations moins souhaitées. 



Voir article

mercredi 4 mars 2015

La patelle a la dent dure

Pour Agreg surtout
Thèmesprise alimentaire, vie zone balancement des marées, Mollusques

Patelles

Jusqu'à présent le matériel biologique qui détenait le record de la plus forte résistance à la traction ou résistance à la rupture (force que l'on peut appliquer en traction au matériel sans le casser) était la soie de l'araignée qu'elle utilise notamment pour faire sa toile. Cette soie est formée de protéines filamenteuses  et est au moins aussi solide que l'acier. 

Radula de la patelle où on voit bien les dents de face et de profil. Source : http://forum.mikroscopia.com

Elle vient d'être détrônée par les dents de la radula de la patelle. La patelle est un Gastéropode qui vit dans la zone de balancement des marées. Bien adhérente à son substrat rocheux à marée basse, elle se déplace à marée haute et se nourrit d'algues encroûtantes sur les rochers qu'elle arrache avec sa radula. Cette structure, qui est typique du plan d'organisation de la tête des Mollusques, est une languette essentiellement chitineuse dans la bouche qui contient des dents souvent en forme de crochets et qui, par des mouvements de va et vient, a un rôle essentiel dans la prise alimentaire. Alors que la soie d'araignée a une résistance à la rupture de 1,3 GPa, les dents de la radula de la patelle ont montré une résistance de 3 à 6,5 GPa. Les données viennent d'être publiées par des biophysiciens et biochimistes anglais et italiens. Ces dents ultra-résistantes sont constituées de nanofibres de goethite associées à des fibres protéiques. La goethite est un minéral plutôt courant d'oxyhydroxyde de fer(III). On la trouve par exemple dans des sols riches en fer, par altération d'autres minéraux (limonite). Pour en revenir à notre patelle, on peut imaginer que la pression de sélection de mise en place d'un tel matériau est la nécessité d'une résistance importante des dents qui entrent très souvent en contact avec des minéraux des substrats rocheux eux-mêmes très durs. Ne faites pas pareil, vous vous y casseriez les dents !

Merci à Samuel Rebulard, PRAG Univ. Paris Sud, de m'avoir signalé cette info.


dimanche 8 février 2015

Le parlement anglais autorise les bébés à 3 parents pour prévenir les maladies mitochondriales

Pour CAPES et Agreg
Thèmes : fécondation, mitochondrie, maladie génétique

La Chambre des Communes (qui est un des éléments du Parlement au Royaume-Uni) a autorisé cette semaine une technique qui va permettre de prévenir le développement de maladies mitochondriales. 
Ces maladies sont dues à des mutations dans l'ADN mitochondrial. On estime qu'un enfant sur 5000 nait avec de telles maladies. Elles affectent essentiellement des organes particulièrement gourmands en énergie tels que le cerveau (dont la rétine) et les muscles (cardiaques et squelettiques).


Ces mutations sont transmises par hérédité maternelle puisque les mitochondries de l'embryon proviennent uniquement du cytoplasme de l'ovocyte maternel. Il a été découvert il y a juste quelques années que les mitochondries du spermatozoïde se retrouvent aussi dans ce cytoplasme mais ils sont spécifiquement et impitoyablement éliminés par des phagosomes.
Deux techniques différentes peuvent être utilisées pour prévenir ces maladies: 

Source : http://www.nature.com/news/scientists-cheer-vote-to-allow-three-person-embryos-1.16843?WT.mc_id=TWT_NatureNews

  • soit on réalise une fécondation in vitro entre la mère (dont les mitochondries sont malades) et le père et on transfère le noyau zygotique dans un nouvel ovocyte d'une personne dont les mitochondries sont saines (un ovocyte dont on a enlevé le matériel génétique nucléaire préalablement).

  • soit on transfère avant fécondation les chromosomes de l'ovocyte malade (la méïose est alors bloquée en métaphase II; on transfère le fuseau microtubulaire avec) vers un ovocyte sain qui se fera fécondé in vitro par un spermatozoïde du père. 
On obtient donc des bébés à trois parents : les deux parents pour le génome nucléaire + une deuxième mère pour le génome mitochondrial. 

On attend avec impatience l'autorisation en France de ces techniques. 



Voir cet article en complément.


samedi 24 janvier 2015

Des Australopithèques habiles

Pour Agreg et CAPES
Thèmes : évolution des homininés, squelette




Les Primates ont le pouce opposable aux autres doigts, mais seuls les humains du genre Homo ont des capacités de tenir précisément de petits objets dans leurs mains entre leur pouce et un autre doigt (l'index le plus souvent). C'est ce que l'on pensait...jusqu'à l'étude publiée dans Science le 22 Janvier par des chercheurs européens. Il faut désormais ajouter au moins une espèce d'Australopithèque à la liste des espèces avec cette capacité: Australopithecus africanus qui a vécu en Afrique du Sud entre -3 et -2 millions d'années (et incidemment la première espèce d'Australopithèque découverte en 1925 (enfant de Taung) bien avant Lucy qui appartient à Australopithecus afarensis). 

On avait déjà retrouvé des outils de pierre assez grossièrement taillés datant de 3,2 à 3,4 millions d'années. Mais aucune preuve directe convaincante provenant de fossiles n'avait été jusqu'à présent apportée d'une capacité de préhension fine à cette époque. Des analyses poussées par scanner de la partie spongieuse d'os de doigts fossilisés datant de 3 à 2 millions d'années ont été réalisées. Ce tissu, constitué de lamelles entremêlées (ou trabécules) qui lui donnent l'aspect d'une éponge, se remodèle au cours de la vie d'un individu selon ses activités (et les pressions qu'elles exercent sur ce tissu). Attraper des objets entre le pouce et l'index provoque des contraintes asymétriques dont les conséquences sont bien visibles sur les os de ces doigts chez les humains. D'autres activités comme attraper des branches ou manipuler un gros bâton ne provoque pas ces contraintes. Chez les os des doigts d'Australopithecus africanus on a retrouvé les mêmes modifications que chez des doigts du genre Homo. Par contre, Australopithecus afarensis (l'espèce à laquelle appartient Lucy) n'a pas ces modifications. 

Ces découvertes permettent de renforcer l'idée que l'élaboration et l'utilisation d'outils étaient plus précoces que supposé précédemment et que le critère "fabrique et utilise des outils élaborés" pour le genre Homo est plutôt une accentuation d'une tendance déjà ancienne plutôt qu'une véritable rupture. Pour la différence entre A. africanus et A. afarensis, il est tentant de spéculer que A. africanus serait plus proche des premiers Homo que A. afarensis. Ses dents et sa morphologie crâno-faciale ont déjà été remarqués comme "plus humaines" dans des études précédentes que ceux de Lucy and Co. En revanche, ses bras et ses pieds (notamment ses orteils) se rapprochent plus des chimpanzés. Donc difficile de conclure dans une foultitude de caractères mosaïques. 


Voir aussi cet article et cet article.



vendredi 2 janvier 2015

Les poissons font aussi preuve de doigté

Pour Agreg plutôt
Thèmes : évolution, développement, gènes Hox, membre chiridien

L'évolution des membres chiridiens des Tétrapodes à partir des nageoires paires (il y a environ 365 millions d'années) est un des paradigmes évolutifs les plus étudiés et les plus popularisés (même si cela donne régulièrement des expressions ridiculement finalistes dans la presse comme "les poissons qui se hissent sur la terre ferme"). On sait que les membres chiridiens ont d'abord évolué dans le milieu aquatique (chez Acanthostega par exemple) et que ce n'est que plus tard, par exaptation, que ces structures ont permis "la sortie des eaux" de certains Tétrapodes. 

Dans le détail de l'évolution des structures des membres chiridiens, il était admis que le stylopode (bras/cuisse) et le zeugopode (avant-bras/jambe) ont des structures homologues dans les nageoires paires, mais que l'autopode (poignet/cheville et doigts) était une structure néoformée chez les Tétrapodes. Le principal argument était venu de l'étude de l'expression des gènes homéotiques Hox, qui en plus de spécifier l'axe antéro-postérieur de tout l'organisme, contrôlent également l'axe proximo-distal du membre et des nageoires. Il existe chez les Tétrapodes une expression particulière de ces gènes dans la région du bourgeon de membre en développement qui va donner l'autopode, sans équivalent chez le modèle poisson habituel où cela a été étudié : le poisson-zèbre. D'où l'interprétation d'une structure nouvelle chez les Tétrapodes.


Lepisosteus oculatus

Mais des chercheurs américains/espagnols/brésiliens ont utilisé un autre modèle de poisson : Lepisosteus oculatus, un poisson d'eau douce américain dont le séquençage a montré qu'il a un génome beaucoup plus simple que celui du poisson-zèbre (pas de duplication du génome) et sans doute plus proche de l'ancêtre commun avec les Tétrapodes. Et surprise, des éléments génétiques régulateurs (enhancers) des gènes Hox de ce poisson sont capables de faire exprimer un gène rapporteur (LacZ) dans le futur autopode de souris transgéniques, ce qui n'avait jamais été réussi avec des enhancers du poisson-zèbre. Les comparaisons de séquence montrent que les enhancers du poisson-zèbre sont très dérivés par rapport à l'ensemble Tétrapode-Lepisosteus
C'est un argument pour dire que les poissons auraient des structures homologues de l'autopode dans les pièces squelettiques de leurs nageoires paires. Donc pas de nouveauté dans l'existence de l'autopode pour les Tétrapodes, même si des remaniements ont évidemment eu lieu. C'est à nouveau une leçon à méditer sur le particularisme des organismes-modèles (ici le poisson-zèbre) et les précautions qu'il faut avoir dès qu'il s'agit de généraliser à partir d'eux. 

Article original : Gehrke et al., 2015 : www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1420208112