Les organismes vivants et leur réponse face aux variations de l'environnement.


Mercredi 5 Février 2020



Les organismes vivants ne sont pas en équilibre avec leur environnement pour leur teneur interne en substances chimiques : eau, sels minéraux, acides, bases etc. et pour leur opposition aux variations physiques : chaleur, hygrométrie, pression. Les teneurs de ces substances chimiques et les contraintes du milieu physique ne peuvent varier, à l’intérieur des organismes, que dans certaines limites au-delà desquelles la vie n’est plus possible ; cela suppose qu’ils aient la possibilité de maintenir un équilibre interne que l’on appelle homéostasie.

Comment se fait ce maintien homéostatique il varie au cours du temps ; on peut avoir une réponse de régulation, d’acclimatation ou de développement selon la durée de la contrainte extérieure.

Les réponses de régulation se font à la suite d’un changement temporaire du milieu extérieur par exemple baisse de la température qui traduit une perte de chaleur. La réponse immédiate peut-être chez l’être humain un frissonnement qui libère de la chaleur, un accroupissement qui en réduit les pertes, un déplacement de l’organisme vers un lieu ensoleillé ou protégé du vent. Les réponses de régulation n’entraînent pas de modifications morphologiques ou biochimiques définitives, elles sont une accélération courtes d’un processus physiologique existant, elles peuvent être aussi l’expression d’un nouveau comportement.

Les réponses d’acclimatation suivent les variations du climat. L’exemple le plus démonstratif est le comportement d’un arbre en climat tempéré. Au printemps, il reconstitue son appareil photosynthétique (naissance des feuilles) et reprend sa croissance car les risques de gel deviennent de plus en plus faibles ; en automne les feuilles tombent, les bourgeons se recouvrent d’écailles qui sont une protection contre le gel, ils entrent en dormance. Chez les oiseaux et les mammifères le plumage et le pelage se densifient pour lutter contre le froid etc. Les réponses d’acclimatation entraînent des modifications morphologiques ou physiologiques en accord avec le changement des saisons, elles réapparaissent et disparaissent chaque année avec les cycles climatiques.

Les réponses de type environnemental sont le fait d’organismes dont les premiers stades de la croissance et du développement sont sensibles aux conditions de l’environnement. Une graine dans le sol ne germera que si l’hygrométrie est suffisante, si la température du sol lui convient, ces conditions déterminent son avenir et même sa survie car un environnement favorable va induire un développement accéléré et donc une meilleure aptitude à la concurrence pour la plantule. Chez les insectes à plusieurs générations annuelles, le passage d’une génération à l’autre ou le changement d’hôte comme le font les pucerons, est une réponse environnementale.

Ces trois types de réponses adaptatives ont été acquis au cours de l’évolution. Si les réponses aux changements sont insuffisantes parce que le milieu a trop changé, l’organisme vivant ne pouvant plus réguler son homéostasie peut mourir.      

L'Eglise est-elle à l'origine de l'émergence de l'Occident ?


31 Décembre  2019


Pourquoi les populations caractérisées d’Occidentales (Europe d’Ouest, Amérique du Nord et Australie) « éduquées, industrialisées, riches et démocratiques » sont-elles peu courantes ? Dans une publication solidement construite, des auteurs* posent les bases d’une théorie qui tend à montrer que l’individu occidental doit son particularisme psychologique (individualisme, indépendance, raisonnement analytique, ouverture aux autres) aux préceptes de l’église. Il s’agit, pour préciser, de la branche Catholique et Romaine de la Chrétienté (Eglise Occidentale ou tout simplement l’Eglise) qui s’est répandue en Europe après les grandes invasions terminant son implantation aux environs de 1500. Ces chercheurs ont testé la théorie selon laquelle l’église Catholique, par son influence sur le mariage et les structures familiales tout le long du moyen âge, a eu un important impact sur l’évolution des psychologies.

La théorie intègre trois bases de connaissances.
        1 Les recherches anthropologiques suggèrent que les institutions basées sur la famille sont fondamentales car elles organisent la vie sociale. Elles sont composées de normes qui influencent les relations dans la société. Parmi ces normes on trouve celles issues de l’aversion innée à la consanguinité qui déterminent les modèles de mariage (restrictions sur les mariages entre apparentés), celles de résidence des nouveaux époux, de voisinages, d’alliances.
        2  Des études en psychologie et en neurosciences montrent que des institutions basées fortement sur la famille induisent la culture d’une forte conformité, de l’obédience aux aînés, de la préférence pour la famille, de la loyauté au groupe et découragent l’individualisme, l’indépendance, la pensée analytique.
        3 Des recherches historiques ont été faites sur l’influence des religions sur les institutions familiales. Au début de l’ère commune d’universalisation des religions dans le vieux monde, chacune a émis des prescriptions moralisatrices qui ont notamment modelé les institutions basées sur la famille. La chrétienté qui a évolué en Eglise Catholique et Romaine a émis, à partir de l’année 506, des règles s’opposant aux mariages entre proches apparentés mais aussi entre cousins jusqu’au 6ème degré pour lutter contre les pratiques incestueuses. Elle a promu aussi le mariage « par choix » (non arrangés) et à souvent demandé que les nouveaux époux puissent vivre séparés de leur famille. Ainsi à partir de 1500 une grande partie de l’Europe était soumise à ces règles et se caractérisait par une seule configuration de familles monogames, issus de descendances bilatérales, à mariages tardifs et a  logements séparés. Au contraire l’église orientale orthodoxe n’a jamais adopté la prohibition des mariages entre cousins et fut lente à adopter des prescriptions concernant la famille. Cette exposition différentielle va agir sur les comportements psychologiques et explique les fondements de la théorie.

Pour éprouver la validité de celle-ci les chercheurs ont créé une base de données sur la diffusion au moyen âge des églises occidentales Catholiques, et orientales Orthodoxes et ils ont calculé à l’aide de ces données  la durée d’exposition à ces églises pour chaque pays dans le monde.
Pour mesurer l’intensité de l’influence de l’église sur les institutions familiales, ils ont créé un « Index d’Intensité des Apparentements » qui capture la préférence des mariages entre cousins, la polygamie, la co-résidence des familles élargies, l’organisation en clans, l’endogamie des communautés. Cet Index sera mis en corrélation avec la durée d’exposition aux églises et aux comportements psychologique des populations.
Enfin à partir de données déjà publiées, ils ont assemblé 24 résultats psychologiques qui caractérisent les comportements  d’individualisme et d’indépendance, de conformité et d’obédience, de coopération et d’ouverture vis-à-vis des autres et notamment des étrangers.

Les résultats entre pays et régions d’Europe sont les suivants :
-  Une longue exposition à l’église Occidentale prédit un plus grand individualisme et une plus grande indépendance, moins de conformité et d’obéissance, une plus grande sociabilité notamment vis-à-vis des étrangers. La relation entre les comportements psychologiques et une longue exposition à l’église Orientale est très faible et quelquefois opposées à la direction prévue.
-        Les pays (ou les régions) qui ont un Index d’Intensité des Apparentement bas et un taux de mariages entre cousin peu élevé sont ceux qui ont été le plus longtemps exposés au cours du moyen âge à l’église Occidentale ;
-       Un Index bas prédit pour les populations de ces pays et de ces régions  un individualisme et une indépendance plus grands, moins de conformité et d’obédience, une plus grande sociabilité.

Enfants d’immigrants
Il s’agit de la seconde génération d’immigrants nés en Europe dont les parents proviennent de pays du monde entier. On a mesuré  la liaison entre les quatre comportements psychologiques présentés précédemment  à la durée d’exposition à l’église Occidentale et a l’intensité des règles familiales des pays dont leurs parents sont originaires. Les individus dont les mères sont originaires de pays aux règles familiales moins intensives présentent un comportement psychologique plus individualiste et indépendant, moins conformiste et obéissant, fiable et loyal.

Cette théorie est séduisante et plausible ; certes en tant que théorie elle peut être mise à mal par d’autres études et même disparaître. Elle sous-tend l’idée que, finalement, l’émergence du monde occidental est due à des prescriptions sur la famille émises par l’église Catholique au début de son existence ! Eglise si souvent critiquée ! Quelle revanche !

* J.F. Schulz et al, Science 8 novembre 2019, N°6466, p.707

Connectivité des habitats et biodiversité.


Jeudi 5 Décembre 2019


L’activité humaine fragmente les habitats. L’extension des villes, l’agriculture, les voies de communication (routes, autoroutes, voies ferrées) découpent et parcellisent l’espace naturel. La parcellisation de celui-ci entraîne la disparition de populations par réduction des échanges génétiques (et donc accroissement de la consanguinité) et l’appauvrissement de la diversité spécifique, il ne subsiste dans l’îlot  isolé que les espèces qui y étaient présentes avant l’isolement. Ainsi 70% de la surface des forêts serait constituée de parcelles dont la surface est inférieure à 1km2.

La théorie des métapopulations (populations d’une même espèce répartie sur plusieurs territoires plus ou moins contigus) montre que la connectivité de ces territoires favorise la persistance des populations et la recolonisation des zones où une extinction s’est produite ; mais aucune expérimentation n’a été faite pour confirmer ces déductions et notamment il n’a pas été étudié, sur le long terme, ce que produit l’absence ou la présence de connectivité entre deux territoires concernant le devenir des populations qui y  vivaient.

Des chercheurs viennent de publier* les résultats d’une étude sur le long terme (18 ans) dans laquelle ils ont essayé de mesurer l’effet de la connectivité des territoires sur le devenir des populations qui y étaient déjà établies ou qui s’y sont installées. Nous présentons ici  l’essentiel de leurs observations.

Le dispositif expérimental de base comprenait  une parcelle carrée centrale de 1 hectare qui était connectée ou non à quatre parcelles carrées de 1,375 hectare disposées chacune à 150 mètres de l’un des quatre côtés de la parcelle centrale. Pour les parcelles connectées le corridor de connexion avait 150 mètres de long et 25 mètres de large. Ce dispositif était reproduit 10 fois dans une forêt dense de pins dans laquelle les parcelles expérimentales et les corridors avaient été découpés par abattage des arbres. Le sous-bois ainsi mis à nu était un reliquat de savane de pin (zone herbacée à longues feuilles garnie de quelques arbres) que l’on trouve dans les clairières de la forêt. Il s’agissait de voir le comportement différentiel des parcelles connectées et non connectées lors de la reconstitution de ces savanes. Quel allait être le taux relatif de pertes d’espèces ou de gains d’espèces entre les blocs connectés ou non connectés au cours des 18 années d’observation qui ont suivi ?

La connectivité a accru en moyenne de 5% par an le niveau de colonisation et a diminué de 2% par an le niveau d’extinction. Ces niveaux, quoique faibles, ne varient pas dans le temps, ainsi la richesse en espèces des parcelles connectées s’accroît régulièrement. Aux derniers comptages, sur les 239 espèces recensées dans les parcelles connectées, 24 étaient nouvelles par rapport aux parcelles non connectées soit 14% en plus.

Cette étude montre l’intérêt des observations à long terme en écologie car les processus vitaux sont lents, elle rappelle aussi l’importance de la connectivité. Toute fragmentation de l’espace naturel nécessitée par les besoins de l’urbanisme ou la création de voies de communication nouvelles, devrait réserver obligatoirement une bande de liaison entre les parcelles  naturelles fragmentées. 

* Ellen I. Damschen et al, Science 27 septembre 2019, N°6460, pp.1478-1480  

La bioénergie peut-elle être la solution dans la lutte contre le réchauffement climatique?


Mardi 5 Novembre 2019


Remplacer les énergies fossiles stockées au carbonifère par celles obtenues aujourd’hui à partir de la photosynthèse tel est le projet des partisans de la bioénergie. On va cultiver des plantes destinées à donner des carburants : alcools, huiles végétales, granulés de bois, etc. ces carburants seront utilisés dans les centrales pour produire de l’énergie électrique. Deux cas sont alors possibles ou bien le CO2 créé par leur combustion est rejeté dans l’atmosphère ou bien il est capté et stocké dans des réservoirs naturels sous terre ; cette dernière méthode est appelée B.E.C.C.S. (Bioénergie avec Capture du Carbone et Stockage). Dans le premier cas le bilan est neutre ; on a pris, grâce à la photosynthèse des plantes utilisées pour l’obtention des biocarburants, du CO2 dans l’air mais on en remet tout autant ensuite, celui de leur combustion. Dans le second, le bilan est avantageux car on a prélevé du CO2 dans l’air par la photosynthèse sans y remettre celui de la combustion.

L’I.P.C.C. (Intergouvernemental Panel sur le Changement Climatique) qui conseille les gouvernements sur l’évolution et les risques liés au réchauffement climatique a fait, dans un rapport récent, une mise en garde sur les aberrations que pourrait provoquer un développement inconsidéré de la séduisante B.E.C.C.S. Je reprends ce rapport à partir d’une synthèse faite dans la revue Science*.

L’arrêt des émissions par les techniques dites B.E.C.C.S. ne sera pas suffisant pour éviter que les températures n’augmentent au-delà de 1,5°C du fait des émissions de carbone issue des énergies fossiles. Il faudrait utiliser la surface de l’Inde pour atteindre cet objectif, la demande en terres agricoles serait telle qu’elle affecterait la production alimentaire. On a vu en 2007, quand les Etats Unis ont augmenté leur production d’éthanol, une augmentation brutale du prix des céréales.

Par ailleurs, les plantations destinées à produire de la bioénergie diminueraient la biodiversité (c’est le cas des plantations de palmiers à huile en Indonésie), elles utiliseraient les rares ressources en eau des zones sèches. Ces cultures intensives entraînent, comme pour la production alimentaire, des contaminations de l’eau par les engrais et le développement du parasitisme lié aux cultures mono spécifiques. Enfin elles peuvent être la source de problèmes sociaux : pertes de terres pour les petits fermiers.

Le rapport note aussi que la production de bioénergie par les méthodes actuelles est critiquable par exemple la transformation du bois des arbres en granulés est contre productif, les arbres ont une croissance trop lente pour éviter un réchauffement dangereux. Il vaudrait mieux cultiver, dans des terres marginales, des herbes à croissance rapide pouvant être fermentées pour donner de l’alcool que d’obtenir celui-ci à partir de plantes agricoles importantes comme le maïs.

En définitive l’I.P.C.C. met en garde contre l’affectation de grandes surfaces de terres agricoles pour la production de bioénergie car elles ne peuvent que concurrencer la production alimentaire, réduire les disponibilités en eau et limiter les droits à la terre des petits paysans.

*E. Stokstard, Science 9 août 2019, N° 6453, pp.527-528.          

L'écologie du paysage


Samedi 5 Octobre 2019


Rappelons d’abord qu’un écosystème est une communauté d’espèces qui dépend du milieu physique sur lequel elle vit ; en outre les espèces qui la constituent sont liées directement ou indirectement par des relations alimentaires.

Les écosystèmes se côtoient n’y-a-t-il pas entre eux des interactions ? D’autre part l’action de l’homme modifie continuellement ces positions de voisinage ne serait-il donc pas utile d’avoir une vision plus large qui englobe plusieurs écosystèmes ? L’écologie des paysages se propose d’appréhender la structure et le mode de fonctionnement de plusieurs écosystèmes qui se côtoient afin de voir les changements globaux qui les affectent. Imaginez trois écosystèmes qui sont juxtaposés : une forêt, une prairie, un lac ; si leurs limites sont bien individualisées, les espèces qu’ils renferment ne sont pas emprisonnées dans les limites de l’écosystème, elles peuvent avoir des échanges avec l’écosystème voisin. Les échanges peuvent être de nature biologique : les insectes de la prairie peuvent participer à la nourriture des poissons du lac, ou de nature physique : l’évapotranspiration de la forêt va modifier l’atmosphère de la prairie. L’écologie des paysages est une prise de conscience de la dimension spatiale de l’écologie, le changement dans un paysage entraîne aussi un changement des écosystèmes qui y sont inclus et qu’il faut bien analyser notamment quand il est le fait de l’activité humaine.

Le fonctionnement d’un écosystème dépend de sa taille, de sa forme et de sa position dans le paysage. Un bosquet ne fonctionne pas de la même manière qu’une forêt, une prairie de plaine ne fonctionnera pas de la même manière qu’une prairie le long d’un cours d’eau, enfin un écosystème de forêt sur une pente ouest n’aura pas les mêmes caractéristiques que s’il était sur une pente orientée vers l’est.

Des écosystèmes voisins, dans le paysage, échangent, peuvent s’enrichir ou s’appauvrir l’un l’autre. Connaître la nature de ces échanges permet de mieux comprendre leur fonctionnement. En définitive l’élargissement des études écologiques au niveau du paysage enrichit celles-ci.

L’écologie des paysages devrait être une aide précieuse lorsque l’homme intervient sur un territoire pour le modifier à son propre intérêt. Quel va être l’effet négatif de son intervention sur le monde vivant qui y séjourne, peut-il en atténuer les méfaits ?

Notons au passage que l’analyse d’un terroir relève de l’écologie du paysage.            

En légalisant la P.M.A. et la G.P.A. ne ferait-on pas de l'eugénisme sans le savoir?


Vendredi 2 Août 2019


L’homosexualité, lorsqu’elle se manifeste dès l’enfance, est « héritable »*. Ce qui signifie que ce comportement provient à la fois de l’interaction de plusieurs gènes et de l’environnement. De tels caractères ont une hérédité non mendélienne ; ils relèvent de la génétique quantitative utilisée notamment en amélioration des espèces animales et végétales. Mais les caractères humains ne pouvant se plier à l’expérimentation,  il est difficile de les intégrer à une science. 

L’homosexuel à fait  et fait encore l’objet, dans de nombreux pays et dans certaines religions, d’interdits, de brimades, de persécutions et même de condamnations pouvant aller jusqu’à la peine de mort : étant donné qu’il a hérité au moins partiellement de son comportement, il n’en est donc pas responsable et tous les mauvais traitements qu’on lui inflige relèvent d’une sottise impardonnable.

Normalement un caractère qui s’oppose à la reproduction sexuée devrait être éliminé par la sélection naturelle or il n’en est rien, l’homosexualité se maintien dans les populations humaines. Pourquoi ? Probablement parce que l’exclusivité du comportement n’est pas totale, certain homosexuels ont des descendants avec les hétérosexuels ; le caractère est aussi porteur de talent notamment dans les carrières artistiques ce qui pourrait être un avantage pour le groupe.

Après avoir légalisé le mariage entre homosexuels, la loi française en légalisant la P.M.A. (Procréation Médicalement Assistée) aux couples d’homosexuelles pourrait leur permettre d’avoir des descendants,  et sans doute plus tard, aux couples d’homosexuels en légalisant la G.P.A. (Gestation Pour Autrui). Ceci mérite attention car on va introduire, dans la population Française, de manière artificielle, des génomes dont la moitié provient chaque fois d’un parent qui est nécessairement homosexuel. Etant donné que P.M.A. et G.P.A. devenues légales seront gratuites (c’était un obstacle à leur utilisation) et que leur application sera indéfiniment prolongée dans le temps, le nombre de descendants de chaque catégorie ne sera plus négligeable, on favorise donc le génome homosexuel alors qu’il ne l’était pas par la sélection naturelle. Favoriser un génome dans une population humaine (ou le défavoriser) par des méthodes artificielles  c’est accroître (ou décroître) sa présence dans cette population,  c’est faire de l’eugénisme.

*"Héritable" cet adjectif anglais, moins fort que l’adjectif : héréditaire, signifie en génétique quantitative « qui a une héritabilité ». L’héritabilité est le rapport entre la variance génotypique et la variance phénotypique. Plus ce rapport est élevé plus le caractère est déterminé génétiquement, plus il est faible et plus c’est l’environnement qui le détermine.

Il n’y aura pas de billet en septembre. Bonnes vacances.  

Une espèce menacée par la pollution peut-elle s'adapter à son nouveau milieu?


Mardi 2 Juillet 2019


Avec les modifications apportées au milieu terrestre par l’être humain, beaucoup d’espèces disparaissent ou sont en voie d’extinction ; y a-t-il des cas où l’espèce réussit à s’adapter au nouveau milieu ?

L’adaptation est un processus très lent qui correspond à une modification  du milieu elle-même très lente. Les changements produits par l’homme sont au contraire très rapides si on les compare aux temps géologiques au cours desquels s’est faite l’évolution. A priori donc, les espèces dont le milieu de vie est brutalement modifié par l’homme, soit qu’il devienne toxique soit que ses caractéristiques physico-chimiques changent, doit aboutir à leur élimination. Or on a observé que certaines espèces échappent à cette règle et s’adaptent au nouveau milieu, comment s’explique cette situation heureuse ? Un groupe de chercheurs* a étudié une espèce de poissons « killi » (Fundulus grandis) qui a pu survivre dans certaines zones fortement polluées du golfe du Mexique (pollution qui provoque chez l’espèce autochtone des déformations cardiaques létales) afin de rechercher l’origine de cette réadaptation.

La survie dans un milieu défavorable n’est possible pour une espèce que :
- si elle possède dans sa diversité génétique des individus ayant un ou des gènes de résistance à la toxicité du milieu,
- si une mutation nouvelle, apparu chez un individu de la population menacée, apporte cette résistance,
- enfin si cette résistance provient d’une autre espèce.
Le premier cas est généralement le plus fréquent, on y a d’ailleurs recours, en amélioration des espèces domestiques, pour lutter contre un parasite par exemple ; le sélectionneur recherche dans la diversité génétique de l’espèce s’il n’existe pas des individus résistants au parasite à partir desquels il créera les nouvelles variétés résistantes.
Les mutations nouvelles étant rares et, qui plus est, non nécessairement orientées vers un problème particulier de résistance à la toxicité d’un milieu, elles ne peuvent résoudre rapidement le problème d’adaptation à ce nouveau milieu.
Trouver chez une autre espèce les gènes de résistance à une toxicité est une alternative intéressante mais elle pose un nouveau problème : les hybrides interspécifiques sont en général stériles et n’assurent pas la descendance, des fertilités partielles existent cependant si les deux espèces sont génétiquement très proches.

Les auteurs de l’étude sur la résistance du poisson « killi » à la toxicité des eaux polluées, ont fait des analyses génomiques sur ces poissons; ils ont pu constater que le génome de ceux devenus résistants possédait une variabilité moindre que les poissons sensibles en voie de déclin. Par ailleurs la partie de leur génome expliquant la résistance provenait d’une autre espèce de poisson « killi » (Fundulus heteroclitus) inféodée aux côtes Atlantiques. Il y a donc eu, à un moment donné, hybridation entre ces deux espèces, mais comme elles ne partagent pas le même milieu comment ont-elles pu se retrouver ensemble ? Les auteurs de l’étude pensent que ce sont les pêcheurs eux-mêmes qui, vidant les ballasts de leurs bateaux auraient, introduit les poissons « killi » d’Atlantique dans le golfe du Mexique.

Ce sauvetage exceptionnel d’une espèce menacée par la pollution ne doit pas nous faire oublier que les dégradations d’un milieu, occasionnées par l’homme, aboutissent le plus souvent à la disparition des espèces qui y vivent ; ce serait faire preuve d’un optimisme béat que de croire qu’elles ont toujours des ressources pour survivre.

* K.S. Pfennig Science 2 Mai 2019, N°6439, pp. 433-433   

Risques biologiques des vols spatiaux


Mercredi 5 Juin 2019


Les vols spatiaux soumettent les spationautes à des contraintes qui n’existent pas sur terre : bruits, isolation, hypoxie, absence de rythmes circadiens mais, surtout, l’exposition aux radiations ionisantes et à la microgravité qui peuvent affecter  sérieusement leur santé. Pour des vols de courte durée ces effets se corrigent rapidement dès le retour sur terre de l’astronaute ; qu’en est-il pour des voyages de longue durée tel un voyage vers la planète Mars ? Des données précises manquaient jusqu’ici, une étude importante vient d’être publiée*, elle a été réalisée en comparant les caractéristiques biologiques de vrais jumeaux,  l’un ayant fait un séjour de longue durée (340 jours) dans la Station Spatiale Internationale l’autre restant à terre.

Les résultats de l’étude révèlent plusieurs changements moléculaires physiologiques et comportementaux induits par le séjour spatial de l’astronaute. Les effets les moins graves concernent les changements du micro biome intestinal et de la diminution de la masse corporelle ; viennent ensuite les altérations du collagène et la régulation des fluides intravasculaires; enfin, les plus graves, car susceptibles d’induire des cancers, concernent une instabilité génomique mesurée par des aberrations chromosomiques fréquentes.

Les anomalies structurales observées sur les chromosomes du jumeau spationaute sont caractéristiques des effets des radiations ionisantes. Le cosmonaute est soumis dès qu’il n’est plus protégé par le champ magnétique et l’atmosphère terrestre aux rayonnements cosmiques qui sont très pénétrants et très énergétiques. On observe chez le jumeau spationaute plusieurs modifications chromosomiques caractéristiques des ruptures du chromosome : inversions (un fragment de chromosome s’est recollé de manière inversée), translocations (un fragment de chromosome s’est inséré à un emplacement qui n’est pas le sien), délétions (un chromosome a perdu un de ses fragments). De telles anomalies sont généralement létales pour la cellule qui les porte ou susceptibles d’être à l’origine de cancers. L’observation de l’ADN lui-même montre que les télomères, séquences répétitives de l’ADN à l’extrémité des chromosomes jouant un rôle dans le vieillissement, peuvent être allongés ou raccourcis au cours du séjour spatial de longue durée. Cette anomalie se corrige pour les télomères allongés elle ne se répare pas pour les télomères raccourcis.

D’autres anomalies induites par la microgravité ont aussi des effets graves. Celle-ci entraîne un déplacement des fluides vers la tête et entraîne d’importantes modifications de la physiologie vasculaire avec distension des veines et artères du haut du corps : modifications précoces associés aux maladies cardiovasculaires et cérébrovasculaires. Au niveau des yeux on observe des anomalies vasculaires de la rétine, un épaississement de la choroïde qui peut présenter aussi des plissements. Ces modifications peuvent affecter la vision. Bien que les capacités cognitives ne soient pas modifiées au cours du vol, elles se révèlent diminuées après celui-ci.

Les altérations liées à la microgravité sur le système neuro-oculaire  s’ajoutent  celles connues des rayonnements ionisants sur la formation de la cataracte et les maladies cardiovasculaires. Ces maladies apparaissent quand des individus ont été exposés à des doses supérieures à 500 mSv (le milliSievert mesure la quantité d’énergie reçue par unité de masse du corps corrigée par des facteurs tenant compte de la sensibilité de l’organe touché). Des doses nettement supérieures pourraient être reçues par des astronautes allant vers la planète Mars et bien que les dégâts causés par les rayonnements ionisants sur l’ADN soient graves les effets sur la vue pourraient être un obstacle bien plus grave encore pour ce voyage interplanétaire.

Alors que d’un point de vue technologique un voyage vers Mars ne pose pas de problèmes insurmontables, d’un point de vue biologique les risques sont certains. Ceci montre bien que nous avons été construits dans un milieu particulier : le milieu terrestre et notre adaptation à ce milieu est très stricte.

* M. Lobrich et P.A. Jeggo. Science, 12 Avril 2019, N°6436, pp.127-128




Fitness


Dimanche 5 Mai 2019


On utilise fréquemment le terme anglais « fitness » pour qualifier  des activités susceptibles d’améliorer la condition physique des pratiquants; il est construit à partir de l’adjectif « fit » qui signifie « capable » et du suffixe « ness » qui traduit, en anglais, un état. La meilleure traduction pourrait donc être « capacité » mais ce nom ne correspond pas au projet que l'on  associe au terme anglais fitness. Il n’est donc pas traduit, ce qui lui garde son aura commerciale.

En génétique des populations ou en écologie adaptative, il a une signification très précise : c’est la contribution génétique de la descendance d’un individu aux futures générations ou encore le nombre de descendants d’un individu qui auront eux-mêmes des descendants participants à la génération suivante. Il ne faut pas confondre ce terme avec fertilité, un géniteur qui a une nombreuse descendance peut avoir une « fitness » nulle si ses descendants n’ont aucun descendant eux-mêmes. La fitness (traduite quelquefois en français par l’expression « valeur sélective ») n’est intéressante que si nous la comparons à celle de la moyenne de la population à laquelle appartient l’individu. Un individu qui a 2 descendants utiles (c’est-à-dire qui participent à la génération suivante)  dans une population dont le nombre moyen de descendants utiles est de 4 contribuera moins à la génération suivante que l’individu qui a une fitness de 8.

La loi de Hardy Weinberg montre que  les fréquences p et q de deux allèles d’un même gène : A1 et A2 restent invariables d’une génération à l’autre si la fitness moyenne f (nous ne parlons plus ici d’un individu mais d’une population d’individus, il faut donc raisonner avec des moyennes) est la  même pour chaque génotype : A1A1, A1A2 et A2A2.

Si les fitness moyennes de A1A1, A1A2 et A2A2 soit  f1, f2, et f3  sont de valeur décroissante (f1< f2 < f3), on démontre que la fréquence de l’allèle A2 va décroître d’abord rapidement, puis plus lentement, jusqu’à disparaître de la population. Si les fitness moyennes sont de valeur croissante (f1> f2 > f3) alors la fréquence de l’allèle A2 va croître jusqu’à devenir unique dans la population. On retrouve donc ce qu’avait prévu Darwin : les individus d’une population qui portent un caractère défavorable seront peu à peu éliminés de celle-ci.

On doit à R.A. Fisher (1930) les démonstrations expliquant l’élimination d’un gène dans une population en fonction des valeurs différentielles de sa fitness. Pour ce chercheur seule une théorie particulaire de l’hérédité et non une dilution des caractères d’une génération à l’autre, comme on le pensait au temps de Darwin, peut rendre compte, de façon autonome, des mécanismes du changement évolutif. Il liait ainsi la génétique mendélienne à la théorie de l’évolution et consolidait puissamment la force explicative de cette dernière.

Progrès dans les prévisions météorologiques.


Vendredi 5 Avril 2019


On a longtemps cru que les variations du climat étaient imprévisibles et l’espèce humaine a continuellement souffert d’accidents météorologiques qui n’avaient pas été prévus. Les choses ont peu à peu évolué au point que l’on incrimine maintenant les services météorologiques lorsqu’un accident climatique n’a pas été annoncé avec suffisamment de précision.

Le centième anniversaire de la société Américaine de météorologie a été l’occasion pour que des chercheurs* fassent une mise au point sur ce qu’ont été ces progrès.

En 1938, un ouragan a frappé la côte de la Nouvelle Angleterre aux Etats Unis, sans aucune alerte météorologique, il y eut 600 morts. Aujourd’hui grâce aux alertes et bien que les populations côtières soient plus importantes, le nombre de décès est généralement très faible. Les prévisions des ouragans à 72 heures sont plus fiables maintenant qu’elles ne l’étaient à 24 heures il y a  40 ans ; elles permettent de mettre les populations à l’abri et de préserver ce qui peut l’être. Les prévisions numériques du temps à 5 jours, données par les centres météorologiques, sont plus précises que celles à 1 jour données en 1980 ! Des prévisions utiles à 9 ou 10 jours sont déjà émises.

Ces progrès sont dus à l’amélioration des méthodes d’observation, à la modélisation et au stockage de données. L’observation a fait des progrès gigantesques grâce aux satellites météorologiques qui photographient plusieurs fois par jour la couverture atmosphérique. L’utilisation d’ordinateurs plus rapides et plus puissants a permis d’établir des modèles à partir d’une quantité énorme de données ; enfin une meilleure connaissance de la physique atmosphérique et de sa dynamique ont contribué aussi à conforter la véracité des modèles.

Le problème de l’établissement de prévisions fiables tient au fait que les données concernant l’état de l’atmosphère à un moment donné sont incomplètes ou incertaines ; les modèles que l’on bâtit sont dépendants de données initiales imparfaites, il faut donc les corriger au fur et à mesure que de nouvelles données sont recueillies. C’est ainsi que l’on améliore fortement sa capacité prédictive.  On peut aussi établir plusieurs modèles numériques à partir de données initiales légèrement différentes mais toutes également possibles.

Certaines caractéristiques annuelles du système climatique telles que la survenue des moussons sont plus persistantes que la variation du temps au jour le jour, on devrait pouvoir, sur ces systèmes, faire des prévisions saisonnières, annuelles et même pluriannuelles.

Il faut aller vers l’amélioration des prévisions d’autres phénomènes environnementaux liés au climat. La survenue d’inondations provoquées par les tempêtes affectent gravement les zones côtières ; celles consécutives à des pluies orageuses intenses font déborder brutalement les eaux des rivières et provoquent de graves dégâts aux habitations riveraines.  Les incendies émettent des microparticules qui polluent l’atmosphère et peuvent affecter la santé des personnes vulnérables. L’installation d’éoliennes ou de fermes photovoltaïques nécessite une bonne connaissance des conditions locales de la fréquence des vents et de la durée de l’ensoleillement etc.

Comment améliorer encore les prévisions météorologiques ? Il faudra maintenir et améliorer la collecte des données en visant des régions et des périodes d’intérêt spécial, en utilisant de plus en plus des sondes automatiques. Ces nouvelles données ne seront utiles que si elles sont assimilées dans les modèles prévisionnels. L’amélioration des modèles eux-mêmes nécessite une meilleure connaissance des phénomènes physiques : interactions mer-air, nuages–aérosols. Le calcul est essentiel, l’utilisation d’ordinateurs puissants et rapides est indispensable pour traiter simultanément des ensembles de modèles prévisionnels.

Les investissements nécessaires aux prévisions météorologiques sont importants mais, selon les auteurs, les retours sont de 3 à 10 fois supérieurs. Ils notent que les pays en voie de développement devraient, eux aussi, bénéficier de systèmes prévisionnels de qualité.

* R.B. Alley et al. Science, 25 janvier 2019, N°6425, pp. 342-344.     

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