dimanche 25 décembre 2016

La fonte des pergélisols a provoqué un relargage massif de gaz à effet de serre à la fin de la dernière glaciation

Pour BCPST, PrépaCAPES et PrépaAgreg
Thèmes : Cycle du carbone, réchauffement climatique


Pergélisol fracturé en train de fondre (Suède) . Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Perg%C3%A9lisol#/media/File:Storflaket.JPG


Les sols gelés en permanence dans les régions péri-arctiques (pergélisol) couvrent un cinquième de la surface terrestre dans l'hémisphère nord dont 90 % du Groenland, 80 % de l'Alaska, 50 % du Canada et de la Russie. Ils constituent une réserve de carbone sous forme de matière organique et de méthane piégés. Or avec le réchauffement climatique (l'année 2016 sera une année record), le pergélisol commence à fondre et on peut se demander quel en sera l'impact sur le CO2 et le méthane atmosphérique, eux-mêmes causes du réchauffement climatique via l'effet de serre. Pour mieux comprendre, les chercheurs se sont plongés dans le passé et ont étudié une fonte de pergélisol qui a eu lieu à la fin de la dernière période glaciaire au cours d'une remontée rapide des températures (il y a 11.650 ans). Cette étude a été publiée dans Nature Communications au début de ce mois.

Source :  Tesi, et al. 2016


Durant cette période, le taux atmosphérique de CO2 était passé de 190 ppm à 270 ppm (actuellement on est à 400 ppm...), d'après des études dans des bulles d'air piégées dans la glace. Quelle est la contribution du dégel du pergélisol dans cette augmentation ? Lorsque le pergélisol fond, la matière organique du pergélisol se retrouve entraînée par l'écoulement des eaux vers les mers et océans. Les chercheurs se sont donc intéressés aux sédiments qui se sont accumulés à cette période à l'embouchure du fleuve Léna, en Sibérie, qui se jette dans la mer de Laptev qui borde l'Océan Arctique. Particulièrement étudiés furent les phénols des lignines et des polymères de cires des cuticules de végétaux qui indiquent une origine terrestre des sédiments. 

Le résultat est que l'on observe effectivement une forte augmentation de sédiments d'origine organique terrestre au cours de la période de fin de glaciation. Ces molécules organiques ne sont problématiques en soi mais elles sont ensuite digérées par des bactéries qui relarguent du CO2 dans l'atmosphère. Les auteurs considèrent que les volumes de sédiments sont tels que cela a pu être un contributeur majeur de l'augmentation de CO2 de 80 ppm sur la période.

Cela constitue un avertissement clair, concernant les effets d'emballement possible des taux de CO2 et du réchauffement climatique alors que de nombreux indices montrent que les pergélisols sont en train de fondre actuellement et que cela affecte la composition des fleuves et des rivières qui les drainent (voir par exemple ici).





lundi 5 décembre 2016

Exploration de l'anneau central du cratère de Chicxulub

Pour CAPES et Agreg

Thèmes : météorite, limite K/T

 
Source : http://www.everythingselectric.com/chicxulub/

 Il y a 66 millions d'années, la chute d'un astéroïde dans la péninsule du Yucatán (Mexique) a mis fin au règne des dinosaures (et des ammonites). Elle créait aussi le cratère d'impact de Chicxulub, d'un diamètre de 180 km. C'est le seul cratère connu sur Terre à posséder encore un anneau central. L'expédition IODP/ICDP 364, réalisée par une collaboration internationale impliquant des chercheurs du CNRS, d'Aix-Marseille Université et de l'Université de Bourgogne, publie ses premières analyses dans la revue Science du 18 novembre 2016 : les 835 mètres de carottes récupérées permettent pour la première fois de retracer l'histoire des roches lors de la formation de ce type de cratère. L'expédition IODP/ICDP 364 a débuté par deux mois de forage en mer, d'avril à mai 2016. Cette première phase de la mission a permis, grâce à un forage en eaux peu profondes, de récupérer 303 carottes de sédiments et d'impactites (roche modifiée par l'impact d'une météorite) et près de 6 km de données de puits cumulées.

C'est la première fois qu'un forage est réalisé dans l'anneau central (ou « peak ring ») d'un cratère d'impact météoritique. Le peak ring est une structure circulaire constituée de monts souvent discontinus, localisés à l'intérieur de grands cratères. Fréquemment observées à la surface des corps silicatés du Système solaire tels que la Lune, Mercure ou Vénus, ces structures topographiques sont le sujet de nombreux débats quant à leur formation et n'avaient, jusqu'à présent, jamais été échantillonnées.

Les chercheurs ont notamment découvert que l'anneau central est majoritairement constitué de roches granitiques, mélangées à de la roche fondue, qui ont été non seulement choquées mais aussi déplacées de plusieurs kilomètres vers la surface lors de l'impact. Ces roches sont également traversées par des zones de cisaillement. Leur analyse montre que le choc a généré des flux verticaux et réduit la densité dans la croûte terrestre. La nature des roches qui forment l'anneau central du cratère de Chicxulub et leurs caractéristiques physiques permettent ainsi de confirmer l'un des modèles de formation de ces structures dit « par soulèvement dynamique suivi d'un effondrement ».
L'anneau central s'est formé en quelques minutes. Juste après l'impact, le substrat rocheux de granite profond, devenu coulant comme un liquide, a rebondi en une tour centrale de 10 kilomètres (!!) avant de s'effondrer en une crête circulaire. Ensuite, l'anneau de crête a été couvert par une couche de roches appelée brèche, formée de débris rocheux cimenté par ce qui avait fondu pendant l'impact puis refroidi. Puis, dans les heures qui ont suivi, des tsunamis ont déversé de grandes quantités de sédiments sablonneux dans le trou géant formé. 

 Ces résultats sont les premiers d'une longue série qui lèveront une partie du mystère de ce type de cratère, depuis leur rôle dans la géologie des planètes jusqu'à leur impact sur le climat. Les chercheurs espèrent par ailleurs déterminer si une vie microbienne, ancienne ou moderne, a pu se développer dans les roches du peak ring.

D'après communiqué du CNRS : http://www2.cnrs.fr/presse/communique/4781.htm
Voir aussi : http://www.sciencemag.org/news/2016/11/update-drilling-dinosaur-killing-impact-crater-explains-buried-circular-hills

vendredi 11 novembre 2016

Les racines des Angiospermes sont directement sensibles à la lumière transmise par les tissus depuis les parties aériennes

Pour BCPST, PrépaCAPES et PrépaAgreg
Thème : développement des végétaux, lumière, signalisation


Couverture du journal Science Signaling. Image: MRINAL NAG/skydie/themacx/iStockphoto.com adapted by C. Bickel/Science

On sait que les plantes utilisent la lumière comme source d'énergie mais aussi comme signal contrôlant leur physiologie et leur développement (ouverture/fermeture stomates, phototropisme, floraison...). On pense essentiellement aux organes aériens, même si certaines graines dans le sol dépendent au moins partiellement de la lumière pour leur germination. 

Pour les développements des appareils souterrains et notamment racinaires, on pense à l'effet de la gravité (gravitropisme) et aussi aux signaux hormonaux dont certains sont produits dans les parties aériennes et sont transportées dans les parties racinaires (l'auxine notamment).  

Des chercheurs allemands et coréens viennent de publier dans le journal Science Signaling une étude qui démontre que les cellules racinaires sont aussi directement sensibles à la lumière et que les tissus végétaux agissent comme des fibres optiques qui transmettent de la lumière vers les tissus souterrains. Ils ont réussi à activer l'expression de certains gènes dans la racine en n'illuminant que les feuilles et en recouvrant la surface du sol pour qu'aucune lumière n'y pénètre. A ce stade, on peut penser qu'un signal hormonal a été produit dans les feuilles et transmis vers les racines.

Mais les chercheurs ont découvert que du phytochrome B (une chromoprotéine composé d'un chaine peptidique et d'un groupement tétrapyrrolique ouvert) est exprimé dans les racines. Ce phytochrome répond au rouge proche et au rouge lointain tout comme celui des feuilles. Il active un facteur de transcription HY5. Et lorsqu'on empêche le phytochrome B ou ce facteur de transcription de s'exprimer spécifiquement dans les racines la réponse à la lumière de la croissance des racines est abolie.

Les longueurs d'onde les mieux transmises vers les racines par les tissus végétaux correspondent justement à celles qui activent le phytochrome B. Ce sont les faisceaux de xylème et de phloème qui les transmettent le mieux. La quantité est très faible mais suffisante pour activer le phytochrome. La transmission de la lumière est nettement plus rapide que la production d'hormones dans la tige feuillée et son transport vers les racines.

Maintenant, il s'agit de comprendre la signification physiologique de cette perception lumineuse et pas seulement chez Arabidospsis thaliana en laboratoire mais aussi chez les plantes sur le terrain avec les variations lumineuses naturelles.

samedi 22 octobre 2016

Des ovocytes fertiles obtenus à partir de cellules souches in vitro.

Pour BCPST, CAPES et Agreg
Thèmes : gamétogenèse, fécondation, cellules souches 

Ovocytes matures obtenues à partir de cellules ES, KATSUHIKO HAYASHI, KYUSHU UNIVERSITY, JAPAN

 Les techniques de différenciation de cellules à partir de cellules embryonnaires souches (ES)  ou de cellules souches pluripotentes induites (iPS) viennent de connaître une nouvelle avancée : l'obtention d'ovocytes, leur fécondation in vitro et l'obtention de souris fertiles après introduction dans une mère porteuse. Des chercheurs japonais ont publié cette étude dans Nature cette semaine.

Les cellules ES et iPS sont pluripotentes et capables de donner tous les dérivés cellulaires, y compris la lignée germinale. On le savait depuis de nombreuses années. En 2012, des ovocytes avaient déjà pu être obtenus mais pour les étapes finales il avait fallu réintroduire des cellules encore non matures dans des ovaires. L'apport des nouvelles recherches est donc d'éviter cette dernière étape et d'accomplir l'ensemble de la différenciation dans une boite de Pétri. Néanmoins, pour les phases finales il a fallu prélever des cellules folliculaires d'ovaires de souris et établir des co-cultures avec les ovocytes encore immatures. Cela souligne l'importance des interactions cellules folliculaires-ovocyte sur lesquelles il reste encore beaucoup à découvrir pour pouvoir les reproduire de manière complètement artificielle. Par ailleurs, sans surprise, pour faire maturer les ovocytes, les chercheurs ont du mettre de la FSH dans le milieu de culture, une hormone hypophysaire qui joue précisément ce rôle en induisant la production d’œstrogènes par les cellules folliculaires. Mais l'ajout d’œstrogènes sans cellules folliculaires n'était pas suffisant ce qui montre que ces cellules ont bien d'autres rôles.

22% des ovocytes obtenus avaient des anomalies chromosomiques, sans doute dues à des perturbations de la méiose. Ensuite le taux de succès de fécondation in vitro était de 3% comparé aux 62% habituellement obtenus avec des ovocytes "naturels" qui venaient d'être prélevés chez des souris. Les chercheurs ont ensuite obtenus des souris fertiles et même ont recrée des cellules ES à partir de certains embryons, créant un cycle de développement entier, dans des conditions de développement (presque) artificielles (la gestation dans un utérus est évidemment encore une étape obligée).

Évidemment cela soulève des espoirs concernant les traitements contre l'infertilité, notamment pour les femmes qui ne peuvent pas/plus produire des ovocytes, alors que les dons d'ovocytes sont actuellement insuffisants pour satisfaire la demande. On aurait recours alors à la différenciation de cellules iPS (cellules souches pluripotentes induites) plutôt que de cellules ES car elles posent moins de problèmes éthiques. Mais les résultats chez la souris appellent à la prudence : environ 1% des ovocytes obtenus ont pu se développer correctement. 

Reste à reproduire ce même exploit avec la production de spermatozoïdes !

samedi 15 octobre 2016

La baisse du taux de dioxygène atmosphérique s'accélère avec les combustions d'origine humaine

Pour BCPST, CAPES et Agreg
Thèmes : atmosphère, planète Terre, cycle de l'oxygène, cycle du carbone

On parle beaucoup et à juste titre du taux de CO2 atmosphérique (qui dépasse maintenant de manière permanente les 400 ppm). Mais qu'en est-il du dioxygène ? Il est connu que le dioxygène atmosphérique a pour principal origine la photosynthèse dont elle est un déchet. Plus précisément c'est l'excès de photosynthèse par rapport à la respiration des organismes photosynthétiques qui est à l'origine de l'accumulation de dioxygène atmosphérique. Il représente actuellement 21% de la composition de l’atmosphère (par le passé, cette valeur a pu atteindre jusqu'à 35% au Carbonifère). Mais cette valeur subit-elle des modifications depuis récemment ? Car elle dépend non seulement de paramètres biologiques mais aussi géologiques et est dépendante du cycle du carbone car dans le CO2 il y a du carbone mais aussi...de l'oxygène.



A partir de mesures dans de bulles d'air enfermées dans des carottes glaciaires de l'Arctique et de l'Antarctique, des chercheurs américains ont publié une étude complète des rapports oxygène/azote dans un récent Science.  La pression partielle PO2 a diminué de 0,7% durant les derniers 800.000 ans (0,7% des 21%; pas un passage de 21,7% à 21%), sans doute dû à des phénomènes d'origine climatique et géologique. La température de la planète s'est globalement élevée au cours des derniers 800.000 ans (indépendamment de l'action de l'homme jusqu'à une période récente). Cela augmente le taux de piégeage du CO2 par les silicates, formant des carbonates et des argiles. Par exemple avec les plagioclases l'équation bilan est alors s'écrire : 
2 Al2SiO8Ca + 2 CO2 + 4 H2O -> 2 CaCO3 + Si4O10Al4(OH)8 (kaolinite)
Voila donc des atomes d'oxygène du CO2 qui aurait pu contribuer via la photosynthèse à O2 mais qui se trouvent piégés dans des minéraux.
Selon un principe similaire, l'oxydation de la pyrite est aussi facilitée ce qui piège aussi des atomes d'oxygène hors de l'atmosphère.

Mais le point le plus intéressant est que cette baisse s'accélère depuis le siècle dernier qui a lui tout seul représente une baisse de 0,1 %. Cette accélération a sans doute une cause humaine et c'est la combustion du charbon, du pétrole et du gaz qui utilise du dioxygène qui en est la cause. Il y a donc une sorte de boucle positive qui se met en place actuellement : plus il y a de combustion, plus il y a de CO2 atmosphérique, plus il fait chaud et plus de l'oxygène se retrouve piégé dans les minéraux. Le processus participe aussi au passage à limiter l'augmentation du CO2 atmosphérique mais c'est nettement insuffisant pour compenser tout ce qui produisent les activités humaines.

Pas de panique cependant, il reste encore assez d'oxygène pour bien respirer ! La baisse de 0,7% correspond avec la raréfaction de l'oxygène avec l'altitude à une élévation de 100 m au-dessus du niveau de la mer !


Voir article scientifique 
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jeudi 22 septembre 2016

Des battements spécifiques du flagelle du spermatozoïde sont indispensables pour la fusion avec l'ovocyte lors de la fécondation

Pour BCPST, CAPES et Agreg
Thèmes : fécondation, gamètes, cytosquelette

La fécondation est une étape cruciale du cycle de développement et est très étudiée depuis longtemps mais elle apporte toujours des surprises. 

Une équipe du laboratoire de Physique Statistique de l'ENS Paris et de l'Université Paris VI a réussi à filmer avec une précision inégalée jusqu'alors les tous derniers moments avant la fusion entre le spermatozoïde et l'ovocyte (provenant de la souris). Les chercheurs ont utilisé des techniques de microfluidique, c'est à dire des structures à l'échelle de plusieurs microns où on peut faire circuler des liquides, ici des milieux de culture avec des cellules. Cela a permis d'observer la fécondation avec un seul spermatozoïde au contact de l'ovocyte plutôt que les dizaines/centaines que l'on voit habituellement et où il est difficile de suivre des comportements cellulaires individuels. De plus, le spermatozoïde est amené vers un endroit précis de l'ovocyte ce qui permet de prévoir le lieu de la fusion et donc de filmer avec précision cet évènement.


Source : http://www.nature.com/articles/srep31886

Ce dispositif a permis de mettre en évidence des mouvements oscillatoires de la tête du spermatozoïde au contact de la membrane plasmique de l'ovocyte qui n'avaient jamais été remarqués auparavant. Ces oscillations sont permises par des battements de flagelle selon un mode particulier, lui aussi inédit. Ces battements doivent être au moins de 2 battements par seconde pendant 2 minutes et avec une amplitude définie (20° dans un plan perpendiculaire à la surface de l'ovocyte). On peut le voir sur cette vidéo :




Si les battements sont trop lents ou trop rapides ou si le plan des battements n'est pas le bon, la fusion n'a pas lieu. 

Le flagelle ne sert donc pas juste à propulser le spermatozoïde jusqu'à l'ovocyte. Avec un mode de battement spécifique, il joue également un rôle dans la toute dernière étape : la fusion. Maintenant, il reste à savoir au niveau moléculaire ce qu'il se passe pendant ces fameuses 2 minutes entre la tête du spermatozoïde et la membrane plasmique de l'ovocyte.


Voir l'article des chercheurs

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dimanche 11 septembre 2016

Des levures et des hommes : la génétique révèle l'histoire de la domestication de la levure

Pour CAPES et Agreg
Thèmes : fermentation, biotechnologie, domestication, génétique






 La levure (Saccharomyces cerevisiae) peut être considérée comme une espèce que l'Homme a domestiquée au même titre que le blé ou la vache. Immanquablement, il en a résulté des modifications du patrimoine génétique par un processus de sélection artificielle. Et les levures étaient utilisées dans différents environnements pour faire du pain, du vin ou de la bière et donc là aussi une diversification a eu lieu.

Des chercheurs belges (évidemment...) ont séquencé 157 souches de S. cerevisiae et publié leurs résultats cette semaine dans Cell. Rappelons que la levure a été le premier génome eucaryote séquencé en 1996 mais bizarrement, une étude à aussi grande échelle avec une aussi grande variété de souche (souches naturelles, souches utilisées pour la bière, pour le vin, pour le saké, pour le pain) n'avait jamais été faite. Ils ont ainsi pu reconstituer un arbre phylogénétique des différentes souches de levures.

Source : http://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(16)31071-6

L'un des apports les plus intéressants est la convergence évolutive entre deux groupes différents de souches de levure qui sont utilisés pour la production de bière. C'est comme si finalement ces levures avaient été domestiquées deux fois de manière indépendante. Le premier ensemble de souches est proche de celles utilisées pour le vin alors que l'autre ensemble en est nettement éloigné même si par convergence évolutive des gènes clés ont été modifiés de manière assez similaire : on note dans les deux cas, une amplification des gènes dont les produits sont impliqués dans le métabolisme du maltose qui est particulièrement abondant dans l'environnement où les levures à bière se retrouvent. Également, on retrouve dans tous les cas des mutations non-sens dans les gènes qui codent des enzymes aboutissant à la production de 4-vinyl-guaiacol qui a un très mauvais goût. Là, on peut voir clairement l'effet de la sélection humaine qui a écarté les souches où ces enzymes étaient fonctionnelles.

La date de domestication peut étonner : aux alentours de 1600 ap. JC. Bien sûr que l'on produisait de la bière avant mais c'est à cette époque que ce sont sont développées les premières brasseries industrielles au détriment des brasseries familiales. Ces dernières utilisaient des levures de leur environnement (sans le savoir, la compréhension de la présence de micro-organismes date du XIXè siècle (Pasteur)). Ces levures étaient nouvelles chaque année et donc il n'y avait pas de véritable lignée alors que les grandes brasseries réutilisaient les levures d'une année sur l'autre.

Autre enseignement, les levures utilisées pour la bière sont très divergentes des levures naturelles alors que celles utilisées pour le vin présentent des modifications plus limitées. Les levures de bière ont notamment perdu certains gènes qui contrôlent la reproduction sexuée alors que les levures pour le vin les ont conservés. Cela s'explique par le fait que les levures de la bière sont constamment dans un environnement artificiel alors que les levures utilisées pour le vin sont utilisées de manière plus saisonnière et passent une grande partie de l'année dans des milieux "pauvres", plus proches des conditions naturelles. Ainsi, les levures utilisées pour la bière seraient désormais incapables de survivre dans un environnement naturel.

On observe aussi l'influence des évènements historiques et des migrations/colonisations en comparant les souches de levures pour la bière. Par exemple, les levures utilisées aux USA sont très proches des levures anglaises.


A votre santé !

Un site joliment fait sur la levure, sa vie, son œuvre.

Voir article dans Cell

lundi 29 août 2016

L'auxine est nécessaire et suffisante pour induire la formation des structures envahissantes des plantes parasites

Plutôt pour Agreg
Thèmes : parasitisme, hormone végétale 


Jeune plant de striga (P) qui s'attache par un haustorium (HB) à la plante hôte (H). Source : http://parasiticplants.siu.edu/Orobanchaceae/Striga.Gallery.html


Les plantes et les champignons parasites développent un haustorium, un organe qui pénètre dans les tissus de la plante hôte et qui permet d'absorber eau, sels minéraux (et quelque fois nutriments). Plusieurs équipes de chercheurs travaillent pour comprendre comment cet organe se développe, sachant que c'est bien sûr une étape clé du développement du parasite et que bloquer cet étape pourrait avoir des intérêts importants pour lutter contre les parasites des plantes cultivées.

Haustorium of parasitic plant. ( A ) Striga hermonthica parasitizing rice roots. ( B ) Cross section of S. hermonthica haustorium penetrating rice root. The section was stained with Safranin O and Fast Green. Px, parasite xylem; Hx, host xylem; HB, hyaline body; COR, cortical parenchyma; INT, interface between the haustorium and the host root. Source : https://www.researchgate.net/publication/272520538_Transcriptomics_exposes_the_uniqueness_of_parasitic_plants/figures?lo=1

La plupart des plantes de la familles des Orobanchacées sont des parasites qui s'accrochent aux racines d'autres plantes. Les strigas, par exemple, font des ravages dans les cultures notamment de maïs, sorgho, millet, riz et canne à sucre, principalement en Afrique subsaharienne, où elles sont connues sous le nom d'« herbe des sorcières ». 

Les chercheurs de l'étude parue dans Plant Cell en Juillet 2016 ont sélectionné une autre Orobanchacée, Phtheirospermum japonicum comme modèle (oui, les chercheurs sont japonais). Ils ont fait une analyse complète des gènes activés dans l'épithelium du parasite dans les régions où celui-ci est en train de fabriquer un haustorium avec une forte prolifération cellulaire (=> plus de surface d'échanges par la suite). Ils ont trouvé une importante augmentation de l'expression de YUC3, un membre de la famille YUCCA de mono-oxygénases qui est impliqué dans l'étape terminale limitante de la synthèse de l'acide indole-3-acétique, c'est-à-dire de l'auxine, l'hormone végétale bien connue. L'expression de YUC3 est nécessaire pour la formation de l'haustorium et aussi suffisante, car une expression de YUC3 à un endroit où il n'est pas habituellement exprimé et dans une zone qui ne forme jamais d'haustorium aboutit à la formation d'un haustorium (même s'il n'y a pas d'hôte !). On observe bien une augmentation de la production d'auxine lorsque l'expression de YUC3 est augmentée. 

Voilà donc une nouvelle fonction pour notre hormone végétale "vedette" : assurer le développement de l'haustorium des parasites végétaux. Reste à savoir si ce mécanisme est bien conservé chez les plantes parasites d'autres familles (notamment le gui). Les champignons aussi sont capables de produire de l'auxine donc le développement de leur haustorium pourrait aussi en dépendre mais c'est moins probable car dans le détail ce ne sont pas des structures homologues. 






 



 

vendredi 10 juin 2016

Du magma liquide sous la chaîne des Puys

Pour BCPST, CAPES et Agreg
Thèmes : volcanisme, histoire géologique de la France






La chaîne des Puys est constituée des volcans les plus récents présents en France métropolitaine. Il y a pas moins de 80 volcans dans cette chaîne orientée Nord-Sud à l'ouest de Clermont-Ferrand. Les plus anciennes éruptions sont datées de -95.000 ans  ; les plus récentes de -6.800 ans.

Une étude menée par des géologues français de Clermont-Ferrand et de la région de Nancy et publiée dans la revue Lithos permet de comprendre ce qu'il se passe actuellement dans le sous-sol de ces volcans avec évidemment en arrière-pensée la question : y'a-t-il des risques de nouvelles éruptions ? Les auteurs souhaitaient faire une cartographie des chambres magmatiques et des conduits qui les relient au sein de la chaîne. Ils ont utilisé pour ce faire une méthode indirecte, l'analyse géochimique des roches à disposition. Ils se sont notamment intéressés aux trachytes qui sont issus de magmas n'ayant pas migré directement à la surface (contrairement aux basaltes) mais qui ont été enrichis en silice et "contaminés" dans des chambres magmatiques (on parle de contamination crustale). Les analyses géochimiques des minéraux des trachytes (et notamment les isotopes de l'oxygène dans les zircons) permettent ainsi de reconstituer leur trajet et donc d'avoir une idée de la disposition des chambres magmatiques et des liens entre elles. 

Ils ont utilisé des échantillons provenant du Puy de Dôme et du Sarcoui qui est situé 5 km plus au nord. Or les minéraux possèdent la même signature pour leur contamination crustale. Donc les deux volcans ont été alimentés par la même chambre magmatique. Les auteurs ont modélisé la taille d'une chambre magmatique commune aux deux édifices et sont arrivés à une fourchette entre 6 et 15 kilomètres-cubes. D'après les calculs de refroidissement et sachant que la dernière éruption du Sarcoui date de 12.000 ans, les chercheurs ont abouti à la conclusion que tout ne doit pas encore être solidifié dans la chambre et qu'il reste donc du magma liquide. Et également qu'il est riche en silice et donc particulièrement visqueux ce qui génère des éruptions à dominante explosive (plutôt qu'effusive).

Cela ne veut pas dire qu'une éruption est pour demain car il faut une source d'énergie pour envoyer ce magma en surface.

Voir cet article
Article rédigé par les chercheurs

mardi 24 mai 2016

Découverte des gènes probablement impliqués dans l'évolution du cou de la girafe

Pour CAPES et Agreg
Thèmes : évolution, génétique, développement




 Le long cou de la girafe est un exemple-type très souvent utilisé pour discuter de l'évolution et tout particulièrement lorsque l'on compare les théories de Lamarck et de Darwin (hérédité des caractères acquis (allongement lors de la vie héritable) vs sélection naturelle (les girafes aux cous les plus courts meurent/se reproduisent moins)).

Le long cou de la girafe possède 7 vertèbres cervicales, comme tous les autres Mammifères. Ce n'est donc pas sur le nombre de vertèbres que l'évolution a joué mais sur leur taille (jusqu'à 40 cm de hauteur par vertèbre !). Une étude récente vient expliquer les mécanismes génétiques qui contrôlent la taille du cou des girafes et qui ont sans doute fait l'objet de mutation/sélection au cours de l'évolution de ce modèle.

Deux études précédentes avaient déjà permis d'étudier des fossiles avec des longueurs de cou intermédiaires. Canthumeryx qui vivait il y a 16 millions d'années avait un cou plus allongé que des membres de la même famille de Mammifères. A partir de lui (ou d'une espèce apparentée), deux branches ont divergé. Celle menant aux okapis où le cou s'est raccourci et celle menant à la girafe où le cou a continué à s'allonger. L'espèce Samotherium d'il y a 7 millions d'années présente un cou intermédiaire en taille entre Canthumeryx et la girafe actuelle. Les vertèbres cervicales de Samotherium présente un allongement de leurs faces antérieures mais pas postérieures, ce qui montre que l'allongement s'est fait en deux temps : d'abord la partie antérieure et ensuite la partie postérieure des vertèbres chez les girafes actuelles.

Les chercheurs de la nouvelle étude ont séquencé entièrement le génome de la girafe et de l'okapi et comparé les séquences obtenues. Ils ont confirmé la divergence girafe-okapi à -11 à -12 millions d'années. L'un des gènes avec le plus de différences de séquence a attiré l'attention des chercheurs : FGFRL1. Ce gène code une protéine qui appartient à la famille des récepteurs aux FGF, qui sont des facteurs de croissance. Mais la protéine FGFRL1 est un inhibiteur de la voie de signalisation FGF car il se lie à un FGF sans envoyer de signal dans la cellule (une sorte de leurre en quelque sorte). Or il a été démontré chez l'embryon de poulet que quand on inhibe la signalisation FGF on obtient des embryons avec des somites plus grands et les somites donnent naissance, entre autres, aux vertèbres ! C'est parfaitement concordant avec son implication dans l'évolution du cou de la girafe. De même des différences sur certains gènes Hox exprimés dans la région cervicale comme HoxB3 sont intéressantes et pourraient être à l'origine du grand cou de la girafe.


Voir cet article
Article scientifique



mardi 10 mai 2016

Détournement d'un mécanisme de défense en outil d'attaque au cours de l'évolution d'une plante carnivore

Pour Agreg surtout
Thèmes : prédation, évolution, relations interspécifiques






La dionée attrape-mouche (Dionaea muscipula) est une plante carnivore comme son nom l'indique. Ses feuilles modifiées se referment sur sa proie (chenille, mouche...) lorsque celle-ci a touché deux fois des poils sensitifs. Puis de nouvelles stimulations provoquent la sécrétion d'enzymes digestives.

Des chercheurs allemands et saoudiens ont publié une étude dans le dernier Genome Research avec le profil d'expression génétique des pièges de la dionée attrape-mouche avant et après fermeture. Tout d'abord, cette étude confirme que l'organe piège est bien constitué de feuilles modifiées, le profil d'expression génétique étant très proche d'organes foliaires plus classiques. Les chercheurs ont ensuite découvert l'expression de récepteurs à la chitine. La cuticule des insectes contient de la chitine et habituellement chez les plantes non carnivore elle déclenche la production d'acide jasmonique. En réponse à cette molécule, la plante va produire des inhibiteurs de protéases qui empêchent les enzymes digestives de l'insecte de bien fonctionner et vont ainsi le dissuader de se nourrir de la plante. Or chez la dionée, les chercheurs montrent que l'acide jasmonique est bien produit en réponse à l'activation des récepteurs par la chitine mais va provoquer la production de protéases par la plante ! C'est donc une inversion totale des rôles et des molécules sécrétées. Ainsi, des outils défensifs ont évolué en outils offensifs en utilisant une même voie de signalisation comme point de départ.



samedi 23 avril 2016

Un allèle sélectionné par une sécheresse identifié chez une espèce de pinson de Darwin

Pour Agreg et CAPES
Thèmes : évolution, génétique, Darwin


Geospiza fortis et son gros bec

Les pinsons de Darwin  sont un ensemble d'une douzaine d'espèces qu'a observé Charles Darwin au cours de son séjour dans les îles Galapagos en 1835, étape de son grand voyage sur le Beagle qui est sans doute l'équivalent pour la biologie du tour du monde de Magellan ou du voyage de Christophe Colomb pour la géographie. Ces pinsons sont issus par spéciation d'une seule espèce arrivée il y a 2 millions d'années sur des îles volcaniques qui ont émergé il y a 3 millions d'années. La diversité de ces espèces est particulièrement visible pour leur bec dont la taille et la forme détermine ce que peut manger l'oiseau (graines molles ou dures, insectes, nectar...).

Il y a des chercheurs en permanence sur les îles et ils cherchent à observer les modifications des caractères dans les populations de pinsons lors d'évènement climatiques, où la sélection naturelle est temporairement modifiée et accentuée. La sécheresse de 1976-1977 avait déjà permis d'apporter un certain nombre d'informations sur la manière dont la sélection naturelle avait affecté la taille moyenne des becs. Mais à l'époque, pas de possibilité de lier ces évènements à de la génétique. La sécheresse de 2004-2005 allait permettre d'aller plus avant, y compris sur le terrain génétique. Cette sécheresse a sélectionné parmi les individus d'une espèce de pinson (Geospiza fortis) ceux qui avaient le bec le plus petit, ce qui permettait de limiter la compétition en cette période de pénurie avec une autre espèce de pinson au bec plus gros (Geospiza magnirostris).

Les chercheurs racontent dans un article publié cette semaine dans Science qu'ils ont pu récupérer les ADN de 60 oiseaux appartenant à 6 espèces de pinsons différents. Ils se sont rendus compte que la taille du bec est corrélée avec des mutations dans le gène HMGA2, avec des allèles associés à des becs plus gros et d'autres à des becs plus petits. Ils se sont rendus compte qu'après la sécheresse de 2004-2005, les populations survivantes de Geospiza fortis avaient une représentation de l'allèle "petit bec" de HMGA2 bien plus importante qu'avant la sécheresse, au détriment de l'allèle "grand bec". 

HMGA2 est un facteur de transcription. Il y a quelques années, une étude avait montré que les tailles de bec des pinsons étaient sous la dépendance de l'expression du facteur de croissance BMP4 durant la morphogénèse du bec. 

Taille du bec et expression de BMP4 au cours du développement (plus c'est bleu foncé, plus BMP4 est exprimé)


Les chercheurs avaient même reproduit les variations de taille de bec chez l'embryon de poulet en augmentant ou en diminuant artificiellement l'activité BMP (voir cette figure). Il faudrait savoir comment ces deux études s'articulent ensemble. Il est probable que HMGA2 contrôle l'expression de BMP4.

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lundi 11 avril 2016

Introduction d'une mutation qui rend résistant au VIH dans des embryons humains

Pour CAPES et Agreg
Thèmes : génomique, biotechnologie, VIH
 
Entrée du VIH dans un lymphocyte grâce à CCR5 et CD4

La technique CRISPR/Cas9 est une technique qui permet d'éditer les séquences génomiques avec une très bonne efficacité et une bonne précision.Cette technique est expliquée ICI.
Evidemment il était tentant d'appliquer la technique à l'humain et tout particulièrement au cours des stades précoces du développement embryonnaire. C'est ce qu'a fait une équipe chinoise en Avril 2015 en modifiant un allèle causant la bêta-thalassémie de la bêta-globine. Ce premier essai avait révélé une efficacité assez faible avec en plus des mutations introduites ailleurs que dans le locus voulu. 

Une autre équipe chinoise vient de tenter un nouvel essai. Cette fois-ci la cible était CCR5, le co-récepteur du virus VIH. Il s'agissait d'introduire une mutation qui rend impossible l'entrée du virus (et qui est présente chez des personnes résistantes au virus = l'allèle CCR5-Δ32, il s'agit d'une délétion de 32 pb qui aboutit à un codon stop prématuré car le cadre de lecture est décalé). L'essai a été fait sur des embryons issus de fécondation in vitro mais non réimplantables et non viables car ils avaient des anomalies chromosomiques. Résultat : 4 des 26 embryons humains ont eu leur génome modifié correctement. Au bout de quelques jours, les embryons ont été détruits, sans vraiment tester d'ailleurs que leurs cellules étaient résistantes à l'infection au VIH (il aurait fallu faire des cellules ES à partir de ces embryons et les différencier en lymphocytes CD4+ pour le tester).

Evidemment, ce genre de tests réveille des questions éthiques. Tout d'abord toute modification à ces stades précoces du développement (ici des zygotes = stade 1 cellule) peut aboutir à modifier le génome de la lignée germinale et donc cette modification peut être transmise à la descendance ce qui revient à changer artificiellement le patrimoine génétique de l'humanité. Dans les thérapies géniques classiques, ce sont les cellules somatiques qui sont les cibles et donc les modifications introduites mourront avec le patient. Egalement, se pose le problème de l'efficacité encore faible de la technique chez les embryons humains (alors que l'efficacité est beaucoup plus forte dans des cellules isolées en culture), ce qui la rend inapplicable en l'état.

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samedi 26 mars 2016

La vie est possible avec seulement 473 gènes

Pour CAPES et Agreg
Thèmes : génétique, génome, microbiologie


 
Mycoplasma genitalium


La recherche des éléments essentiels pour créer une être vivant est une quête très ancienne et il semble que l'on commence à avoir une réponse scientifique à cette question après avoir eu beaucoup de réponses spéculatives dans la littérature. Le chercheur-entrepreneur Craig Venter, qui s'était illustré il y a une quinzaine d'années dans le séquençage total du génome humain, vient d'annoncer dans le dernier Science avoir synthétisé un ADN contenant seulement 473 gènes permettant à une bactérie de vivre. Le projet s'appelle Minimal Genome Project.

Le but de Craig Venter est de pouvoir former des cellules artificielles fonctionnelles, capables de synthétiser à façon des produits d'intérêts thérapeutiques ou industriels. En 1995, il avait séquencé l'un des organismes avec le plus petit génome, la bactérie gram négative Mycoplasma genitalium, et ses 525 gènes sur 580 kilobases. En inactivant chacun de ses gènes, Venter s'est rendu compte que seuls 375 gènes étaient vraiment essentiels à la survie, mais il faut en plus d'autres gènes pour pouvoir se reproduire et proliférer correctement. 

Les chercheurs ont synthétisé l'ADN entièrement par des procédés chimiques (synthèse oligonucléotidique), sans prendre des fragments existants et sont arrivés à faire vivre et reproduire des bactéries avec 473 gènes et 531 kilobases. Pour obtenir ce résultat, ils ont éliminé tout le génome d'une bactérie Mycoplasma et introduit le génome produit in vitro à la place. Et la bactérie a survécu et s'est multipliée sans problème (temps de génération = 3h ce qui n'en fait pas une bactérie de course mais est quand même suffisamment rapide par rapport à d'autres types de cellules (eucaryotes par exemple)). Peut-on parler vraiment de bactérie "synthétique" ? On part tout de même d'une cellule pré-existante, même si au bout d'un certain temps tous ses constituants sont formés à partir des instructions de l'ADN synthétique. Le terme "vie synthétique" est tout de même un peu utilisé de manière abusive et marketing par Craig Venter dont la modestie n'est pas la qualité la plus évidente.

La bactérie répond au "joli" nom de JCVI-syn3.0. Le milieu nutritif de ces bactéries est particulièrement riche, ce qui permet d'éliminer un certain nombre de gènes qui codent des enzymes de certaines voies métaboliques (synthèse de vitamines par exemple). Il est clair qu'une telle bactérie ne survivrait pas dans des conditions naturelles.

Le plus étonnant c'est que sur 473 gènes essentiels, la fonction de 149 protéines codés à partir de ces gènes n'est pas clairement définie ! Ce qui revient à dire qu'un tiers environ des protéines essentielles à la vie constituent encore une boîte noire et que certains processus fondamentaux sont encore inconnus.

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lundi 7 mars 2016

La reproduction sexuée permet une adaptation accélérée à un nouvel environnement

Pour CAPES et Agreg
Thèmes : reproduction sexuée, évolution




Source : http://www.nature/journal/vaop/ncurrent/fig_tab/nature17304_F1.html

Pourquoi faire compliqué (la reproduction sexuée) quand on peut faire plus simple (la reproduction sans sexe) ? Telle est la question ! De nombreuses études théoriques avaient montré que la reproduction sexuée permettait de mieux et plus rapidement s'adapter à son environnement lorsque ce dernier est changeant. En effet, plusieurs mutations favorables indépendantes auront plus de chance de se retrouver ensemble par le jeu des recombinaisons de la méïose et de la fécondation que par la reproduction asexuée. 

Précédemment, une étude chez une souche du nématode C. elegans qui a le choix entre reproduction sexuée et asexuée avait montré qu'en présence de parasites, c'étaient les populations réalisant le plus la reproduction sexuée qui étaient sélectionnées, contrairement au cas en absence de parasites. Cela démontrait que la reproduction sexuée a un coût plus important que la reproduction asexuée mais que lorsque les pressions de sélection sont importantes, ce surcoût est finalement "rentable".

Dans un article récent de Nature, des chercheurs ont travaillé cette fois-ci sur la levure. Ils avaient à leur disposition deux populations : l'une avec reproduction sexuée, l'autre avec reproduction asexuée et les chercheurs les ont fait évoluer sur 1000 générations dans un nouvel environnement. A différents moments durant cette expérience, les chercheurs ont séquencé les génomes et mis en évidence les nouvelles mutations. Si au départ les deux populations se sont comportés de manière similaire, la population avec de la reproduction sexuée a fini par avoir une croissance plus efficace. Ils ont pu montrer que la principale raison est la ségrégation des "bonnes" mutations des "mauvaises" au cours des recombinaisons génétiques de la reproduction sexuée permettant d'avoir des super-descendants avec de multiples bonnes mutations tout en "se débarrassant" des mauvaises mutations dans des impasses évolutives qui disparaissent très vite.  En gros, le sexe permet de trier plus facilement le bon grain de l'ivraie.



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dimanche 28 février 2016

L'acidification des océans perturbe bien la croissance des coraux

Pour CAPES et Agreg
Thèmes : homme et biodiversité, exosquelette, océans



 L'augmentation du taux de CO2 atmosphérique due aux activités humaines a une conséquence aussi sur le pH des océans puisque la dissolution du CO2 dans l'eau s'accompagne de la libération d'un ion H+ et donc entraîne une baisse du pH (il est passé de 8,2 à 8,1 ce qui peut paraitre un changement faible mais le pH est une échelle logarithmique et ce 0,1 représente une augmentation de l'acidité de 30%). Bien que cette absorption océanique soit très significativement bénéfique pour le climat (25% environ des émissions humaines sont absorbées dans les océans; c'est toujours ça de moins de gaz à effet de serre dans l'atmosphère), la baisse du pH met en danger la physiologie et la survie d'un grand nombre d'espèces, notamment celles qui ont des exosquelettes calcaires. En effet, la précipitation de CaCO3 se fait plus difficilement à pH acide. Voir cette page.

Des chercheurs californiens ont confirmé sur le terrain ce que l'on soupçonnait déjà par des modélisations : la baisse du pH a des effets délétères sur la croissance des récifs coralliens. Pour le démontrer, ils ont fait une expérience de hydro-ingénierie locale en ramenant le pH à des valeurs pré-industrielles grâce au relargage contrôlé de NaOH à partir d'un tank de 15000 L dans un atoll cerné de récifs coralliens au large de l'Australie. Pour obtenir des données mesurables, les chercheurs ont aussi relargué avec la soude un colorant qui permet de détecter quelle partie du récif avait bien reçu l'eau de mer "corrigée" avec le jeu des courants. Bilan : la croissance des coraux a augmenté de 7% dans les parties colorées (avec le pH corrigé) par rapport aux parties voisines témoin. C'est une expérience importante car les coraux sont globalement malade à l'échelle de la planète (ce qui conduit à leur blanchiment lorsqu'ils perdent les dinoflagellés photosynthétiques symbiotiques qui assurent leur survie). On ne savait pas bien dans quelles proportions les différents paramètres (température, pH, turbidité, surpêche) intervenaient et là la contribution du pH est bien démontré.

Maintenant, les chercheurs veulent accentuer l'acidité dans cet atoll devenu leur terrain expérimental et observer les effets du pH prévu par les modélisations pour 2100, soit pH=7,7 dans les modèles les plus pessimistes). L'enjeu dépasse les coraux puisque les récifs coralliens sont de véritables oasis dans les océans et la survie de beaucoup d'espèces de poissons dépend de ces récifs. 


mercredi 3 février 2016

Le champ magnétique terrestre tire pour partie son origine de la précipitation de minéraux riches en magnésium

Pour BCPST, CAPES et Agreg
Thème : structure interne du globe, la Terre machine thermique


Source : http://phys.org/news/2016-01-theory-magnesium-key-earth-magnetic.html


Le champ magnétique terrestre est un élément essentiel pour le maintien de la vie sur Terre et de sa composition atmosphérique. Il est généré par de vigoureux mouvements du noyau externe, constitué de fer et de nickel, ce qui produit un champ magnétique par effet dynamo. Voir cet article. Il existe depuis au moins 3,45 milliards d'années. 

Jusqu'à présent, les deux principales sources d'énergie considérées pour créer ces mouvements étaient la solidification du noyau interne et la désintégration des noyaux radioactifs. Dans une étude de Nature de la semaine dernière, il y a une troisième source qui devrait être ajoutée. En effet, la modélisation avec les deux premières sources n'est pas suffisante pour tout expliquer, notamment durant les premières périodes de la vie de notre planète car la solidification du noyau interne aurait commencé assez récemment (il y a "juste" 1 milliard d'année). La nouvelle source d'énergie serait la précipitation de minéraux contenant du magnésium. A l'aide de simulations informatiques, les chercheurs ont modélisé que les nombreux impacts de la vie précoce de la planète avec des proto-planètes aurait introduit du magnésium dans le noyau. A des températures de 7000 K, le magnésium aurait pu se mélanger au fer et au nickel. Mais lorsque le noyau se refroidit, ces éléments minéraux avec du magnésium devrait précipiter. Comme ces minéraux sont moins denses ils remonteraient et s'accumuleraient à la frontière avec le manteau et ce qui reste devient plus dense ce qui génère de l'énergie (cela libère de l'énergie dite gravitationnelle). Ce processus aurait non seulement fonctionné dans le passé mais continuerait actuellement avec une contribution significative.




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