L’astéroïde dévié par une mission de la Nasa est devenu un " tas de décombres " !

Pour la première fois en septembre 2022, un engin spatial, la mission Dart, a frappé un astéroïde, Dimorphos. Objectif : le dévier de sa trajectoire. Mais la collision n’a pas eu que ce seul effet, nous apprennent aujourd’hui des chercheurs. Elle a carrément remodelé la forme de l’astéroïde. 

(EN VIDÉO - Le film capture par Hubble de l’impact de Dart sur l’astéroïde Dimosphos Le 26 septembre 2022, la mission Dart — pour Double Asteroid Redirection Test — s’écrasait...)

En novembre 2021, la Nasa lançait une mission inédite. La mission Double Asteroid Redirection Test, plus connue sous son acronyme Dart. Son objectif : heurter l'astéroïde Dimorphos pour évaluer la capacité de l'humanité à dévier la trajectoire d'un tel objet qui pourrait présenter des risques de collision avec la Terre. Le choc, à grande vitesse et frontal, a bien eu lieu à plusieurs millions de kilomètres. C'était en septembre 2022.

Pour la première fois, l'humanité était parvenue à dévier un astéroïde. Et pas qu'un peu. Avant la collision avec Dart, il fallait à Dimorphos 11 heures et 55 minutes pour faire le tour de son astéroïde parent - car l'objet visé fait partie d'un système binaire. Une modification de cette durée de 73 secondes constituerait un véritable succès, confiaient les scientifiques à ce moment-là. Mais après l'impact, Dimorphos s'était mis à tourner en seulement 11 heures et 23 minutes !

Dart sur Dimorphos, un impact aux lourdes conséquences

Aujourd'hui, la publication de nouveaux résultats de la mission Dart dans la revue Nature Astronomy révèle quelques détails surprenants de l'opération. L'impact - pourtant comparable, en masse, à celui d'une fourmi sur deux bus - ne semble pas seulement avoir laissé un cratère sur l'astéroïde. Dimorphos pourrait en réalité avoir complètement changé de forme.

Quelques semaines après la collision, l'un des pères de la mission et directeur de recherche au CNRS à l'Observatoire de la Côte d'Azur, Patrick Michel, nous confiait avoir pensé un instant que Dart avait pulvérisé Dimorphos. Il n'était donc peut-être pas si loin de la vérité. Car, sur la base de simulations et de différentes observations, les astronomes estiment aujourd'hui que l'astéroïde de quelque 5 millions de tonnes a tout de même perdu dans l'opération environ 20 millions de kilos. C'est l'équivalent de six fusées Saturn V qui ont emmené les astronautes du programme Apollo sur la Lune !

Des simulations qui révèlent la nature de l’astéroïde

Ces résultats, les astronomes les ont obtenus grâce à un algorithme qui a déjà fait ses preuves par ailleurs. Il décompose l'impact entre deux corps en millions de particules dont le comportement est déterminé par l'interaction de diverses variables reconfigurables, telles que la gravité, la densité ou la résistance du matériau de l'astéroïde. En quelque 250 simulations, les chercheurs ont eu tout le loisir de visualiser les effets de variations sur les paramètres qui leur restent inconnus.

En comparant les résultats de toutes ces simulations aux données recueillies par quelques satellites, les télescopes spatiaux James-Webb et Hubble et par des instruments sur le sol terrestre, les chercheurs concluent que  Dimorphos est un astéroïde " tas de décombres " maintenu par une gravité extrêmement faible plutôt que par sa force de cohésion.  De quoi expliquer l'efficacité étonnante de la déviation orbitale provoquée par Dart.

En attendant confirmation, la défense planétaire progresse

Les astronomes s'attendent donc désormais à ce que la mission Hera, menée par l'ESA, l'Agence spatiale européenne, et qui devrait atteindre Dimorphos fin 2026, trouve un astéroïde de forme très différente. Comme si quelqu'un avait mordu dans le M&M's qu'il était avant sa rencontre avec Dart.

Si cela devait se confirmer, les astronomes notent que Dimorphos, comme Ryugu et Bennu semblent finalement présenter un manque de cohésion certain. Alors même que le premier astéroïde est riche en silicates et les deux autres, en carbone. " Il est intrigant d'imaginer que tous les petits astéroïdes manquent de cohésion. Mais ce serait une bonne nouvelle pour la défense planétaire, car si nous connaissons à l'avance la réaction d'un corps, cela facilitera la conception des outils nécessaires à notre protection ", conclut Patrick Michel dans un communiqué de l’ESA.

Pourquoi la gravité nous tire-t-elle vers le bas et non vers le haut

La gravité est une force omniprésente qui façonne notre expérience quotidienne, nous maintenant solidement sur Terre et régissant les mouvements des planètes dans l’espace. Cependant, une question demeure : pourquoi sommes-nous attirés vers le bas plutôt que repoussés vers le haut par cette force fondamentale ?

Une toile en 4 dimensions

La gravité, telle que décrite par la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein, repose sur une compréhension profonde de l’espace-temps, une toile invisible qui enveloppe notre univers. Pour visualiser cette idée complexe, imaginez l’espace-temps comme une entité à quatre dimensions qui combine les trois dimensions de  l’espace (longueur, largeur, et hauteur) avec la quatrième dimension, le temps.

Einstein a révolutionné notre compréhension de la gravité en montrant que les objets massifs, tels que la Terre, ne se contentent pas d’attirer d’autres objets vers eux comme on le pensait auparavant, mais qu’ils courbent l’espace-temps qui les entoure.

La matière crée des puits gravitationnels, pas des collines gravitationnelles

Pour simplifier cette idée, imaginez un trampoline. Si vous placez une masse comme une boule au centre du trampoline, il va créer une déformation autour de lui, formant un puits gravitationnel. Si vous placez une petite balle à proximité, elle roulera naturellement vers la boule plus massive au centre du trampoline. Cette analogie en deux dimensions reflète comment la masse déforme l’espace-temps en créant une attraction gravitationnelle.

Plus un objet est massif, plus la courbure de l’espace-temps est prononcée. Le Soleil crée par exemple une courbure plus importante que la Terre en raison de sa masse supérieure. Cette courbure de l’espace-temps est ce que nous percevons comme la force gravitationnelle.

En ce qui concerne la Terre, nous ne sommes donc pas attirés vers le centre géométrique de cette dernière, mais vers le fond du puits gravitationnel induit par sa présence dans l’espace-temps.

(Image : La masse et l’énergie créent des puits gravitationnels, non des collines.)

Mais alors, pourquoi la Terre ne tombe pas vers le Soleil ?

Notre planète ne tombe pas directement vers le Soleil grâce à un équilibre subtil entre l’attraction gravitationnelle de ce dernier et la vitesse de rotation de la Terre autour de lui. C’est une sorte de danse délicate entre la force gravitationnelle qui attire la Terre vers le Soleil et la force centrifuge générée par le mouvement orbital de la Terre.

La Terre est en effet en chute constante vers le Soleil en raison de la gravité, mais sa vitesse orbitale lui permet de rester en équilibre, ce qui lui évite de s’effondrer directement vers le Soleil. Cette combinaison de la force gravitationnelle et de la vitesse orbitale crée un mouvement orbital stable qui maintient la Terre sur son orbite autour du Soleil. La même chose se produit entre la Terre et la Lune.

Ainsi, la théorie de la relativité générale fournit une explication unifiée de la gravité en reliant la masse, l’énergie, et la géométrie de l’espace-temps. Cette perspective révolutionnaire nous permet de comprendre pourquoi les objets dans l’univers sont attirés les uns vers les autres et offre une vision profonde de la façon dont la réalité physique fonctionne à une échelle cosmique.

En conclusion, la gravité, loin d’être simplement une force qui nous attire vers le bas, est en réalité une manifestation de la courbure de l’espace-temps causée par la masse des objets, comme l’a décrit Albert Einstein. Notre perception de cette force fondamentale repose sur l’idée que la Terre, en déformant l’espace-temps, crée un puits gravitationnel dans lequel nous sommes naturellement attirés. Cette compréhension révolutionnaire nous montre non seulement pourquoi nous restons sur Terre, mais aussi comment les planètes, étoiles et galaxies interagissent à travers cette toile cosmique en perpétuelle déformation. La gravité, dans toute sa simplicité apparente, nous rappelle à quel point l’univers est complexe et interconnecté, révélant des mystères fascinants qui continuent de captiver notre imagination.







 

Les bras de la pieuvre sont capables de prendre des décisions sans l'apport de leur cerveau.

Avec la capacité d'utiliser des outils, de résoudre des énigmes complexes et même de jouer des tours aux humains juste pour le plaisir, les poulpes sont extrêmement intelligents.
Mais leur intelligence est assez bizarrement construite, puisque les céphalopodes à huit bras ont évolué différemment de presque tous les autres types d'organismes sur Terre.

Plutôt qu'un système nerveux centralisé comme celui des vertébrés, les deux tiers des neurones d'une pieuvre sont répartis dans tout son corps, dans ses bras. Dorénavant les scientifiques ont déterminé que ces neurones peuvent prendre des décisions sans l'apport du cerveau.

"L'une des grandes questions que nous nous posions est de savoir comment fonctionnerait un système nerveux réparti, surtout lorsqu'il essaie de faire quelque chose de compliqué, comme se déplacer dans un liquide et trouver de la nourriture sur un fond océanique complexe", a déclaré le neuroscientifique David Gire de l'Université de Washington.

Il y a beaucoup de questions ouvertes sur la façon dont ces nodules du système nerveux sont reliés les uns aux autres.

La recherche a été menée sur des poulpes géants du Pacifique (Enteroctopus dofleini) et des poulpes rouges du Pacifique Est (Octopus rubescens), tous deux originaires du Pacifique Nord.

Ces poulpes ont environ 500 millions de neurones, dont environ 350 millions le long des bras, disposés en groupes appelés ganglions. Ils permettent de traiter l'information sensorielle à la volée, ce qui permet à la pieuvre de réagir plus rapidement aux facteurs externes.

"Les bras de la pieuvre ont un anneau neural qui contourne le cerveau, et donc les bras peuvent s'envoyer de l'information sans que le cerveau s'en rende compte", a déclaré le neuroscientifique comportemental Dominic Sivitilli de l'Université de Washington.

"Le cerveau ne sait pas exactement où sont les bras dans l'espace, mais les bras savent où sont les autres, ce qui leur permet de coordonner leurs actions, comme la locomotion à quatre pattes."

L'équipe a donné aux céphalopodes une variété d'objets tels que des blocs de cendres, des roches texturées, des pièces de Lego et des labyrinthes complexes contenant des friandises, et les a filmés.

Les chercheurs ont également utilisé des techniques de suivi comportemental et d'enregistrement neuronal. Il s'agissait de déterminer comment l'information circule dans le système nerveux d'une pieuvre au fur et à mesure qu'elle se nourrit ou est sondée/étudiée, selon que les bras fonctionnent soit en synchronisation, ce qui suggère un contrôle central, ou seuls, ce qui signifie une prise de décision indépendante.

Ils ont constaté que lorsque les ventouses de la pieuvre acquièrent de l'information sensorielle et motrice de leur environnement, les neurones du bras peuvent la traiter et passer à l'action. Le cerveau n'a rien à faire.

"On voit beaucoup de petites décisions prises par ces ganglions distribués, simplement en regardant le bras bouger, donc une des premières choses que nous faisons est d'essayer de décomposer à quoi ressemble réellement ce mouvement, d'un point de vue informatique", dit M. Gire.

"Ce que nous examinons, plus que ce qui a été étudié dans le passé, c'est comment l'information sensorielle est intégrée dans ce réseau pendant que l'animal prend des décisions complexes."

Tout ceci est conforme aux recherches antérieures, qui ont révélé que non seulement les bras de la pieuvre se nourrissent indépendamment du cerveau, mais qu'ils peuvent continuer à répondre aux stimuli même après avoir été séparés d'un animal mort.

C'est tellement étonnant que les poulpes sont souvent considérés comme aussi proches de l'extraterrestre qu'une intelligence terrestre puisse l'être (et dans certaines propositions, peut-être même carrément extraterrestre).
Il est donc considéré comme non seulement utile de les étudier pour comprendre l'intelligence sur Terre, mais peut-être aussi comme un moyen de se préparer à la rencontre avec des aliens intelligents - si cela arrive un jour.

"C'est un modèle alternatif pour une intelligence" dit Sivitilli. "Qui nous donne une compréhension de la diversité des cognitions dans le monde, et peut-être dans l'Univers.

Les recherches de l'équipe ont été présentées à la Conférence scientifique d'astrobiologie 2019.

Une fusion de trous noirs “interdits” abasourdit les astrophysiciens

Le 21 mai 2019, les vibrations de l'espace nées de la fusion des deux plus gros trous noirs stellaires connus ont traversé le Système solaire. D'où viennent ces trous noirs si massifs ? Une étude récente montre que le mystère est plus profond que nous ne le croyions.

(image : GW190521 : fusion des deux plus gros trous noirs stellaires jamais observés.)

Quand deux trous noirs se rencontrent, ils se tournent autour en un genre de tango gravitationnel, puis leurs horizons des événements respectifs finissent par se toucher : c'est ce que les astrophysiciens nomment la coalescence et la fusion. Un plus gros trou noir est né, mais dans ce cas-là, 2 masses solaires + 3 masses solaires = 4 masses solaires !

En effet, le trou noir fusionné possède alors une masse inférieure aux deux autres cumulées, la masse “perdue” étant convertie justement en ondes gravitationnelles que nous savons percevoir depuis bientôt 10 ans.

Le 21 mai 2019, les détecteurs LIGO (Washington) et VIRGO (Italie) détectèrent donc un signal très, très puissant, la plus grosse fusion de trous noirs stellaires jamais captée. Un trou noir de 66 masses solaires s'accouplait avec un autre de 85 masses solaires, créant un monstre de 142 masses solaires ! Tous les records étaient battus, mais les scientifiques furent sidérés, car ils considéraient cet épisode cosmique impossible. 

Un tel trou noir stellaire ne devrait pas exister !

Rappelons que les trous noirs dont nous savons détecter la fusion par ondes gravitationnelles n'ont rien à voir avec ceux de millions ou milliards de masses solaires qui logent au centre des galaxies. Ceux-là sont des trous noirs dits supermassifs et nous ne savons toujours pas comment ils se forment.

Les trous noirs dont il est ici question sont les plus communs et nous les connaissons très bien. Ils sont dits stellaires, c'est-à-dire que pour les former, il faut l'effondrement d'une étoile d'une masse d'au moins huit fois celle de notre Soleil. À l'article de sa mort, le cœur de l'étoile se charge d'éléments ultra lourds comme le fer et cette dernière explose en supernova, sauf le cœur justement qui, lui, s'effondre sous sa propre masse et devient un trou noir.

Mais un problème théorique s'est posé ce 21 mai 2019. Effectivement, les très, très grosses étoiles de plus de 65 masses solaires n'explosent pas comme les autres et ne devraient pas laisser de trou noir ! Sans trop entrer dans les détails, elles produisent de l'antimatière et se désintègrent dans ce qu'on appelle une supernova par instabilité de paires. Bref, pas de trou noir.

Ces trous noirs ne peuvent être nés que près d'un centre galactique...

Si on veut avoir l'esprit un peu ouvert et considérer que le premier trou noir de 66 masses solaires était à la limite de la théorie, alors pour lui ça va. Mais le second, celui de 85 masses solaires, était en plein dans la plage théoriquement interdite. Il faudrait donc le considérer déjà lui-même comme le produit de fusion d'autres trous noirs.

C'est ce qu'ont fait les chercheurs de l'étude en question, qui ont voulu déterminer les caractéristiques de ces ancêtres. Or ils se sont rendu compte que des trous noirs aussi massifs auraient donné une vitesse de recul très importante (un “kick”), et le seul moyen d'expliquer pourquoi ils ne se sont pas éjectés l'un l'autre est de les placer près d'un centre galactique, là où l'intense densité de matière les maintiendraient.

Ces trous noirs trop massifs se seraient donc formés près d'un noyau galactique. Alors, mystère résolu ? Pas vraiment… Jusqu'à maintenant, les astrophysiciens pensaient que le seul endroit où des trous noirs d'environ 100 à 10 000 masses solaires pouvaient se former était au sein des amas globulaires comme celui-ci :

Ces trous noirs de masse intermédiaire sont décidément bien, bien mystérieux. Et comme souvent, si ce n'est toujours, d'une observation naissent de multiples — et passionnantes — nouvelles interrogations

(Source : Kicking Time Back in Black Hole Mergers: Ancestral Masses, Spins, Birth Recoils, and Hierarchical-formation Viability of GW190521)

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.

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.

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.