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22 juin 2009 1 22 /06 /juin /2009 16:11

 

 

    

     Il peut sembler étrange de vouloir mélanger des durées et des distances qui, dans notre monde fini, relèvent de deux concepts différents mais ce n’est pas le cas en astronomie. En effet, la vitesse de la lumière (environ 300 000 km par seconde), une constante indépassable, est limitée : dès lors, si l’on regarde en direction du ciel, les objets observés sont à la fois lointains et situés dans le passé (à l’exception relative de notre environnement proche mais nous y reviendrons). Très vite, ces distances et ces durées relèvent de chiffres qu’il est bien difficile pour notre cerveau habitué à notre planète (un monde fini et minuscule) d’appréhender véritablement : que peut bien signifier 100 millions d’années-lumière (al) d’éloignement ou un milliard d’années dans le passé ? C’est la raison pour laquelle, afin de relativiser ces nombres pharamineux, l’esprit humain a souvent cherché des comparaisons qui lui « parlent » mieux : nous en verrons quelques unes.


 

 
Les âges géologiques

 

 
     Aux dernières estimations actuellement en vigueur, notre Univers est âgé de 13,6 milliards d’années tandis que notre Soleil et son cortège de planètes (dont notre Terre) se sont créés il y a 4,5 milliards d’années. Intéressons-nous dans un premier temps à l’histoire de notre bonne vieille Terre. Grâce aux diverses méthodes de datation des roches, nous pouvons subdiviser son âge en différentes périodes : pour plus de commodité, appelons temps 0 la création de notre planète à partir du nuage protosolaire et + 4.5 milliards d’années aujourd’hui (Evidemment, pour être plus proche de la réalité, les scientifiques comptent, eux, en temps négatifs). Nous trouvons alors :

  
   • le précambrien qui s’étend de 0 à + 3,96 milliards d’années,

  
   • l’ère primaire (ou paléozoïque) de + 3.96 à + 4,255 milliards d’années, cette ère étant elle-même subdivisée en plusieurs périodes allant du cambrien au permien,

  
   • l’ère secondaire (ou mésozoïque) de + 4,255 à + 4,435 milliards d’années et comprenant trois périodes, le trias, le jurassique et le crétacé,

  
   • l’ère tertiaire (à présent regroupée avec le quaternaire dans une ère unique appelée cénozoïque) allant de + 4, 435 à + 4,498 milliards d’années

 
   • Et l’ère quaternaire (cénozoïque également) allant de + 4,498 milliards d’années à aujourd’hui.

 
     Dit de cette manière, c’est vrai, ce n’est guère parlant. On peut donc proposer une autre lecture, plus facile à comprendre : essayons de rapporter l’histoire de la Terre à une seule année et voyons ce que donnerait la précédente description. Dans notre nouveau modèle, la création de la Terre se situerait autour du premier janvier de cette année fictive et :

 
   • Le précambrien s’étendrait alors jusqu’à la mi-septembre (il s’agit, bien sûr, d’approximations). C’est durant cette ère que sont apparues les premières créatures pluricellulaires vivantes, à savoir des invertébrés (dont les corps mous nous ont laissé peu de traces) et, selon notre nouvelle approche, cela se situait aux environs de la fin du mois d’août-début du mois de septembre…

 
   • Vient ensuite l’ère primaire, de la mi-septembre à la mi-novembre : c’est à la fin du permien (mi-novembre) qu’a eu lieu la grande extinction qui détruisit 95% des espèces marines alors vivantes et « seulement » 70% des espèces terrestres (voir le sujet les extinctions de masse 
et la grande extinction du Permien)…

 
   • L’ère secondaire, de la mi-novembre aux derniers jours de décembre voit la domination des grands sauriens qui disparaissent à la fin du crétacé, c'est-à-dire quelque part aux environs du 20 décembre ;

 
   • Le cénozoïque occupe la fin de l’année : les premiers hominidés (Toumaï) sont datés d’il y a 7 millions d’années ce qui les situe d’après notre modèle vers les tout derniers jours de décembre. Et l’Homme « moderne » dans tout cela ? Eh bien, son apparition et son extension fulgurante comme actuel animal dominant de la planète trouvent place le 31 décembre, une heure peut-être avant la nouvelle année

 
     Une autre métaphore pour comprendre ces abîmes du temps est de comparer la vie sur Terre à la hauteur de la tour Eiffel : en pareil cas, la présence de l’Homme ne représenterait (en taille) que l’épaisseur de la couche de peinture située sur un des parapets du troisième étage du monument…

 
     Ces façons différentes (mais peu scientifiques, je le reconnais) de dater les événements sont certainement plus parlantes : elles ont, en tout cas, le mérite de nous montrer de manière frappante combien nous sommes les héritiers d’une longue, très longue histoire qui nous a vu précédés par des millions de générations d’animaux qui ont vécu, souffert, se sont reproduits pour, le plus souvent en fin de compte, disparaître sans laisser de traces. Cette pensée devrait nous rendre modestes…

 

 

 

Les distances astronomiques

 

 
     Nous venons d’évoquer les durées de temps écoulées depuis l’apparition de la Terre : elles sont, comme on l’a vu, colossales. Pourtant, l’Univers est approximativement plus de trois fois plus vieux que notre système solaire ! Or, chose remarquable, quand on observe les objets du ciel, on voit le passé : observée, par exemple, par le télescope spatial Hubble, une galaxie qui serait située à, disons, 8 milliards d’années-lumière, se présente à nos yeux comme elle était il y a 8 milliards d’années, c’est-à dire avant la création de notre Soleil… Comment se présente-t-elle réellement aujourd’hui ? Comment se fait-il que sa lumière ait mis si longtemps à nous parvenir ?

 
     C’est que l’univers est gigantesque, s’étendant sur des distances que le cerveau humain a du mal à se représenter. Très tôt dans l’histoire moderne de l’humanité, il a fallu se rendre à l’évidence : les distances calculées en millions voire en milliards de km ne représentent rien à l’échelle de l’univers. Le seul moyen pour déterminer les distances auxquelles se situent les objets astronomiques est de se référer à une autre dimension d’échelle et c’est la raison pour laquelle les scientifiques ont choisi la lumière. Si cette dernière nous paraît se transmettre de façon instantanée dans notre quotidien, il n’en est bien sûr pas de même entre les étoiles – et plus encore les galaxies – qui sont séparées par des distances à nos yeux pharamineuses. C’est ainsi que, même à sa vitesse pourtant conséquente de 300 000 km chaque seconde (en fait, plus précisément 299 792,458 km/s), il lui faut plus de quatre ans pour nous parvenir de notre voisine stellaire la plus proche, justement appelée Proxima du Centaure… Voyons cela de plus près (si j’ose dire).

 

 
          La proche banlieue


     Il s’agit évidemment de notre système solaire. La Terre, seulement la troisième planète du système, tourne autour du Soleil à une distance d’environ 150 millions de km ce qui, en vitesse lumière, représente approximativement 8 minutes. En d’autres termes, si le Soleil venait brusquement à s’éteindre, sa lumière nous éclairerait durant encore huit minutes… Cette distance de 8 minutes-lumière est d’ailleurs appelée unité astronomique (ou UA) et elle permet de situer de façon plus aisée les différents éloignements de nos compagnes planétaires du système.

 
     La plus grande des planètes de notre système, Jupiter, cinquième par le rang, est quant à elle située à 778 000 000 de km ou 5,2 UA. C’est déjà beaucoup plus loin puisque cela représente un peu plus de 40 minutes-lumière ! La dernière véritable planète du système, Neptune (puisque Pluton a été récemment rétrogradée en planète naine) se trouve à 30 UA, soit 4 heures-lumière. Toutefois, la zone considérée comme appartenant au système solaire ne s’arrête pas là : elle se situe à environ quatre fois la distance Soleil-Neptune, soit 120 UA environ. Il s’agit là d’un endroit aux limites finalement imprécises où le vent solaire (c'est-à-dire le flux plasmatique provenant de l’atmosphère solaire) entre en contact avec les vents provenant du milieu interstellaire.

 
     Ces chiffres peuvent paraître quelque peu abstraits. Prenons ici aussi une image nous permettant de mieux réaliser ce qu’ils représentent. Imaginons que nous posions sur le sol une orange sensée représenter le Soleil. La Terre serait alors une bille minuscule de la taille d’une tête d’épingle placée à 15 m de l’orange, Jupiter une bille de la taille d’une olive à 77 m et Neptune un petit pois à 450 m. La zone d’influence du Soleil s’étendrait quant à elle jusqu’à environ 1,5 à 2 km ! Et l’étoile la plus proche, Proxima du Centaure ? Eh bien, elle serait à environ… 4000 km.

 

 
          La Galaxie


     Les distances que nous venons de voir paraissent immenses ? Elles sont pourtant minuscules à l’échelle de notre galaxie, la Voie lactée. En effet, cette dernière (où le Soleil occupe une place relativement excentrée, voir le sujet place du Soleil dans la Galaxie) est un disque oblong d’un diamètre d’un peu moins de 100 000 al pour une épaisseur de 1 300 al et elle contient entre 200 et 400 milliards d’étoiles ! Chacune de ces étoiles est séparée par un grand vide cosmique (comme celui entourant le Soleil) à l’exception – peut-être – du halo central galactique où elles sont plus nombreuses et donc un peu plus proches les unes des autres. Une image ? Eh bien disons que si le système solaire est représenté par un grain de sable, la Galaxie est en proportion une petite plage

 
     La Voie lactée appartient à ce que l’on appelle le « groupe local » qui est un ensemble d’une trentaine de galaxies dont les plus importantes sont notre galaxie et la galaxie d’Andromède M31. Ces galaxies sont suffisamment proches (tout est relatif, évidemment) pour subir leurs attractions réciproques. C’est ainsi que dans un avenir très lointain - 2 à 3 milliards d’années – la Voie lactée et Andromède finiront par fusionner en un super ensemble mais, comme on l’a déjà dit, les distances entre les étoiles sont si immenses qu’aucune d’entre elles ne devrait en heurter une autre.

 

 
          Au-delà

 
     Il existe des milliards d’amas de galaxies (un amas en contient approximativement une centaine) également organisés en superamas mais ces amas sont si distants les uns des autres que, contrairement à ce qui se passe pour le groupe local auquel nous appartenons, leurs forces d’attraction ne peuvent jouer : de ce fait, ces amas de galaxies s’éloignent les uns des autres à la vitesse de l’expansion de l’univers et cela dans toutes les directions (C’est ce qui avait tant intrigué les premiers découvreurs de galaxies - comme Edwin Hubble - qui voyaient bien que leurs spectres tiraient tous vers le rouge signifiant la fuite – le redshift des anglo-saxons – au contraire de celles du groupe local évidemment). Les distances entre les amas de galaxies sont si incroyables que je ne peux vous proposer de métaphores véritablement valides pour les exprimer…

 

 
          Au bout du bout de l’univers (connu)

 
     On trouve partout le fameux rayonnement fossile (voir le sujet fond diffus cosmologique) qui témoigne dans toutes les directions des premiers instants visibles qui ont succédé au Big Bang. Lorsqu'un de nos satellites enregistre des images de ce rayonnement, il regarde à 13,6 milliards d’années dans le passé, un chiffre qu’il me semble impossible de saisir et de vraiment comprendre autrement qu’intellectuellement…
 

 
     Dans ce bref exposé, j’espère vous avoir fait comprendre combien l’univers, notre univers, est immense et, par contre coup, combien notre planète et même le système solaire sont infimes. Par ailleurs, la vie des hommes est si brève que, comparée à l’ancienneté et à l’immensité de l'univers dans lequel ils se trouvent, ils ne représentent rien de plus que de simples bactéries par rapport à la taille et à l’âge de la Terre. Pourtant, les hommes, ces infimes créatures, ont su – au moins partiellement – décrypter leur environnement. Ce qui, en fin de compte, est loin d'être négligeable.

 

     Existe-t-il d’autres intelligences dans cette immensité ? Les calculs statistiques nous disent que oui (voir le sujet vie extraterrestre 2). Alors soit ! Mais, en réalité, le problème n’est pas là : s’ils existent – et si nous pouvons arriver à nous comprendre – comment faire pour passer outre aux limitations induites par ces distances vertigineuses, alors que l’on sait qu’une information ne pourra mettre moins de 4 ans pour atteindre Proxima du Centaure (qui, naine rouge, n’est certainement pas susceptible de voir se développer la Vie sur une de ses planètes, si elles existent) et autant pour en revenir ? Comment communiquer avec les étoiles plus lointaines tant est brève – à l’échelle de l’Univers – la durée d’une civilisation humaine ? J’avoue que j’aimerais bien le savoir.

 

 

 

 

 

Images :

1. le système solaire (sources : le-systeme-solaire.net)

2. les âges géologiques (sources : www.sepaq.com)

3. Jupiter (sources : www.science-et-vie.net)

4. voilà à quoi doit ressembler la Voie lactée vue de l'extérieur (sources : addlaseyne.free.fr)

5. amas de galaxies Abell 1689 (sources : www.futura-sciences.com)

6. fond diffus cosmologique photographié par le satellite WMAP, de la NASA, en 2003 (sources : wikipedia.fr)

 (Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)  

 

 

 

 

 

Mots-clés : vitesse de la lumière - paléozoïque - mésozoïque - cénozoïque - Jupiter - Neptune - vent solaire - Voie lactée - galaxie d'Andromède M31 - amas de galaxies - superamas de galaxies - expansion de l'Univers - rayonnement fossile (fonds diffus cosmologique)

(les mots en blanc renvoient à des sites d'informations complémentaires)

 

 

 

 

Sujets apparentés sur le blog

 

1. céphéides

2. place du Soleil dans la Galaxie

3. Big bang et origine de l'Univers

4. l'origine de la Vie sur Terre

5. la querelle sur l'âge de la Terre

6. la dérive des continents ou tectonique des plaques

7. origine du système solaire

8. les extinctions de masse

9. les sondes spatiales Voyager

10. l'expansion de l'Univers

11. la grande extinction du Permien

 

 

 

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 Mise à jour : 29 mars 2015

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Published by cepheides - dans astronomie
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25 mai 2009 1 25 /05 /mai /2009 17:58

 

 

 

 

 

 

 

     Le 30 juin 1908, à 7h07 du matin (heure locale), dans un lieu désert de la Sibérie appelé Toungouska, une violente explosion se produisit, explosion perçue jusqu’à 1500 km de distance : une météorite venait de pénétrer dans l’atmosphère terrestre et avait explosé à environ 8 km de hauteur provoquant une boule de feu entraînant des dégâts considérables au sol. La forêt se retrouva détruite sur une superficie de 20 km2 tandis que les conséquences de l’onde de chaleur s’étendirent sur plus de 100 km aux alentours. On a postérieurement estimé l’énergie libérée par l’explosion à 15 mégatonnes. Postérieurement, en effet, car, à cette époque, la Russie était, comme on le sait, le lieu de troubles politiques majeurs et ce n’est que près de 20 ans plus tard (en 1927) qu’une expédition scientifique fut menée mais qui ne retrouva ni cratère, ni débris. En revanche, le spectacle restait encore apocalyptique puisque les scientifiques découvrirent des forêts entières de pins renversés et couchés au sol. Une telle catastrophe se serait elle produite au dessus de Paris que la ville entière aurait été détruite. On ne peut s’empêcher de penser à la météorite du Yucatan qui, il y a 65 millions d’années, a été accusée de la disparition des dinosaures… (voir sujet : la disparition des grands sauriens). Une question vient immédiatement à l’esprit : une telle catastrophe pourrait-elle à nouveau se produire ?

 

 

 

 

Objets volants identifiés

  

     Il existe de nombreux corps célestes (en astronomie, on préfère utiliser le terme « d’objets ») susceptibles de heurter notre bonne vieille Terre. Pour les anciens, ces corps célestes représentaient la colère des Dieux et le juste châtiment que méritaient les Hommes pour leurs (supposés ou non) méfaits. De nos jours, les scientifiques les ont classés selon leur nature ou leur provenance mais ces objets ont tous en commun le fait de passer à proximité de notre planète dont la masse, selon les circonstances, peut attirer certains d’entre eux. L’immense majorité des matériaux susceptibles de rencontrer la Terre sont les météorites et c’est sur cette classe bien spéciale de corps célestes que je souhaiterais insister mais j’aborderai également, quoique bien plus brièvement, d’autres objets, comme les astéroïdes et les comètes, dont des fractions peuvent, pour une raison ou une autre, se comporter comme des météorites, entraînant alors des catastrophes comme celle de Tangouska, rapportée précédemment.

 

 
          Les météorites

 

     En fait, notre globe est constamment bombardé par des météorites, c’est-à-dire par de la matière interstellaire qui, attirée par l’attraction terrestre, vient s’écraser sur son sol : on estime que la masse totale de cette matière est d’environ plusieurs centaines de tonnes par an. Aucune raison de s’inquiéter toutefois car la quasi-totalité de ces météorites sont d’une taille souvent minuscule ! De plus, l’atmosphère de notre planète détruit presque toujours ces objets comme on peut le constater par comparaison avec notre satellite, la Lune, dont la surface sans protection est constellée de cratères de tailles diverses… A leur arrivée dans l’atmosphère terrestre, en effet, les météorites s’échauffent par frottement avec l’air et s’accompagnent alors d’une trainée lumineuse (phénomène de ionisation) : c’est la raison pour laquelle on parle « d’étoiles filantes » et leur observation par une belle nuit claire est souvent superbe, notamment à certaines époques de l’année lorsque la Terre traverse des régions de l’espace riche de ces débris. C’est, par exemple, le cas en juillet et en août quand la Terre rencontre un essaim de poussières nommé Perséides ce qui permet alors d’assister au spectacle merveilleux d’une véritable « pluie d’étoiles ».
 
     La vitesse d’entrée de ces corps célestes varie entre 10 et 20 km/seconde mais, comme nous l’avons vu, cette vitesse est freinée par l’atmosphère et les plus petits de ces objets (ou ce qu’il en reste) ne s’enfoncent guère dans le sol. La plupart du temps, ils pèsent moins d’un gramme (on parle de poussières) et ils sont détruits à leur entrée dans l’atmosphère de même que ceux qui pèsent de quelque grammes à quelques centaines de grammes (mais ces derniers s’ils sont également détruits sont bien visibles lors de leurs chutes par le panache lumineux qu’ils laissent derrière eux). Quand ils pèsent quelques kg, ces objets atteignent le sol (très transformés évidemment par la chaleur) et ce sont eux dont on peut retrouver des débris. Seuls les très gros – mais aussi les plus rares – sont susceptibles de creuser des cratères ou d’entraîner des raz-de-marée s’ils tombent en mer. On cite, par exemple, le « meteor crater » de l’Arizona qui a un diamètre de 1,2 km pour une profondeur de 150 m et qui correspond à une météorite de près de 2 millions de tonnes qui s’est abimée à cet endroit il y a 50 000 ans. Un événement fort rare heureusement !
 
     On classe les météorites selon leur composition variable en métal-silicates ce qui donne trois catégories : les fers, les pierres (ou chondrites) et les lithosidérites (qui ont une proportion à peu près égale de pierre et de métal). Quand on les observe de près, ces petits grains (ou au mieux ces petites pierres) aux formes variées, souvent émoussés, ne sont guère spectaculaires au point qu’il faut un œil exercé pour les reconnaître.
 
     Sait-on vraiment d’où ils viennent ? La théorie la plus acceptée est que ces météorites sont les témoins des premiers instants de la formation du système solaire, au moment où il n’existait qu’une nébuleuse informe entourant le Soleil naissant. Cette nébuleuse, on l’a déjà dit, a conduit par un simple phénomène d’accrétion à la formation des planètes mais une part infime de ce matériau est restée en l’état. A l’instar des astéroïdes, la grande majorité des météorites gravite entre Mars et Jupiter et, éjectés de leur trajectoire naturelle lors de collisions, leurs fragments seraient déviés et en viendraient ainsi à côtoyer notre planète…
 
     Quoi qu’il en soit, de tout temps, on a pu observer des météorites et certaines sont restées fameuses. De tout temps ? Pas tout à fait car, longtemps, les théories religieuses ont prétendu que seule la Terre était solide et que, en conséquence, aucune véritable matière ne pouvait provenir des cieux… Jusqu’à une météorite restée célèbre : celle qui tomba en Alsace, à Ensisheim, le 7 novembre 1492. Comme cette météorite pesait 127 kg et qu’elle a été vue (et retrouvée) par beaucoup de monde, il était difficile de continuer à prétendre que le ciel ne renfermait que des entités immatérielles… D’autres météorites sont restées dans l’histoire : outre la météorite de Toungouska déjà mentionnée, on peut citer l'averse de Pultusk en Pologne, en 1868, estimée à cent mille morceaux (218 kg de pierres ont été alors recueillis) ou celle de Valera (Venezuela), en 1972, qui pesait presque 40 kg et est notamment connue pour avoir tué une vache…
 
     Avant d’évoquer les astéroïdes et les comètes dont proviennent les météorites les plus conséquentes, je voudrais revenir un bref instant sur des questions de terminologie qui, parfois, entraînent la confusion :
 
* on appelle étoile filante le phénomène lumineux observé lors de la chute de poussières, nous l’avons déjà mentionné ;
 
* un bolide est un objet assez gros qui se brise dans l’atmosphère et dont l’énergie laisse une traînée parfois importante et surtout persistante : une météorite, durant sa chute, est donc un bolide !
 
* une météorite est, nous l’avons dit, un objet assez gros pour que l’on en retrouve des fragments au sol ;
 
* les poussières, trop petites pour se consumer, sont appelées micrométéorites et elles représentent près de 90% de l’apport de matériaux extraterrestres ;
 
* enfin, les météores ne sont que des phénomènes météorologiques banals : le vent et la pluie sont des météores ! La trainée de lumière laissée par une météorite est un météore… Inutile de préciser qu’il ne faut donc pas confondre ces deux termes.

  


               Les astéroïdes


     Il existe entre Mars et Jupiter une foule d’objets de taille variable mais pour une moyenne d’environ 2 km : ce sont des astéroïdes (on parle d’ailleurs à cet endroit de la « ceinture d’astéroïdes »). Comme les planètes, ces objets tournent autour du Soleil sans toutefois en perturber les orbites en raison de leur taille totale finalement assez faible. On évalue leur nombre à plusieurs millions mais la plupart ne sont que de grosses pierres. Quelques uns, toutefois, sont plus importants en masse : les trois plus gros sont respectivement Cérès (910 km de diamètre), Pallas (520 km) et Vesta (500 km). Au total, 34 de ces objets dépassent les 100 km de diamètre. Leur origine est finalement plutôt mal connue, l’hypothèse la plus vraisemblable restant que, lors de la formation du système solaire, une planète aurait pu se constituer à cette distance du soleil mais qu’elle n’y est pas arrivée, peut-être en raison de la présence de Jupiter et de sa forte gravitation…

 
     En 2006, l’Union astronomique internationale a cherché à uniformiser toutes les définitions et données sur les objets du système solaire : c’est ainsi que Pluton, autrefois la neuvième planète, a été déchue de son rang pour devenir une « planète naine » et, du coup, le plus gros des astéroïdes, Cérès, est lui-aussi devenu une planète naine… tout en gardant son statut d’astéroïde. Mais, au fond, qu’importent pour notre sujet ces discussions sémantiques : ce qui compte, c’est que les astéroïdes sont de grands pourvoyeurs de météorites (on peut également dire que les météorites ne sont que des astéroïdes qui s’écrasent sur la Terre) et que le risque de collision avec notre globe, s’il est négligeable, n’est pas nul, comme nous le verrons plus loin.


 
          Les comètes


     Contrairement aux astéroïdes qui, comme les planètes, tournent autour du Soleil, les comètes traversent le système solaire selon des trajectoires variables (nous y reviendrons). Une comète est un agglomérat de poussières et de glace le plus souvent sphérique. La plus grande partie d’entre elles viennent des confins du système solaire, plus précisément d’un endroit fort éloigné, au-delà de l’orbite de Neptune, appelé le nuage (ou système) de Oort (du nom de son découvreur hollandais). Comme la ceinture d’astéroïdes, ce nuage de Oort s’est formé au tout début du système solaire, il y a 4,6 milliards d’années, mais dans des régions beaucoup plus froides car très éloignées de l’étoile centrale. On peut penser que, en raison de phénomènes de gravitation dus aux étoiles voisines, de temps à autre, certains de ces corps lointains « basculent » dans l’intérieur du système : certains ne passent qu’une seule fois (et sont probablement rapidement détruits) tandis que d’autres – comme la comète de Halley qui « revient » tous les 76 ans – deviennent périodiques… acquérant des trajectoires elliptiques (allongées) qu’ils maintiendront jusqu’à l’épuisement progressif de leur matière puisqu’ils en perdent un peu à chaque fois qu’ils se rapprochent du Soleil. De ce fait, plus la comète se rapproche de notre étoile, plus cette espèce de boule de neige sale se « sublime » et laisse une traînée parfois impressionnante sur des millions de km : sa queue. Une queue (en grec, queue se dit « coma », d’où le nom de comète) qui n’est, de la Terre, que la partie évidemment visible de l’objet. On comprend aussi qu’il puisse arriver que, à proximité d’une planète et de sa force d’attraction, une comète puisse être « capturée » par elle et vienne s’écraser à sa surface sous la forme d’une météorite… tandis que, ailleurs, sa queue composée de poussières peut traverser l’orbite de la Terre et donner ces étoiles filantes que j’ai mentionnées plus haut.

 
     Si l’on exclut la plus grande source de matière stellaire, les micrométéorites qui passent le plus souvent inaperçues, les objets susceptibles de poser problème par leur taille sont donc des fragments soit d’astéroïdes, soit de comètes. Mais ce risque est-il important ?

 

 

 

 

Chroniques de catastrophes annoncées

 


     La dernière statistique des objets de taille conséquente que nous possédons date de 2008. Elle nous apprend que, dans un rayon de 200 millions de km autour du Soleil, environ 5500 comètes et astéroïdes ont été repérés et sont donc suffisamment proches de la Terre pour qu’on les identifie. Ils sont appelés géocroiseurs ou NEO (pour Near Earth Objects) mais seuls certains d’entre eux sont considérés comme réellement dangereux : ce sont ceux qui mesurent plus de 150 m de diamètre et croisent à moins de 7,5 millions de km de notre globe. La statistique de 2008 en dénombre près de 900. C’est la raison pour laquelle des observatoires astronomiques sont spécialisés dans la surveillance de leurs trajectoires, notamment celle d’un astéroïde du nom d’Apophis, un géocroiseur de 270 m de long pour une masse de 27 millions de tonnes qui passera à 32 000 km de la Terre en 2029…

 
     La chute d’une météorite géante sur la surface de notre globe est statistiquement inévitable et, comme par le passé, cette chute, si elle ne peut être évitée, entraînera des dommages considérables… Mais il faut savoir raison garder : la survenue d’une telle catastrophe durant les milliers d’années à venir est quasi-nulle. Il est tombé de tels monstres sur Terre par le passé (et d’autant plus qu’on se rapproche des débuts instables du système solaire) mais ces faits sont extrêmement rares car se chiffrant en termes de millions d’années. Comme j’ai déjà eu souvent l’occasion de le dire, la vie d’un homme (et même de l’Humanité) est extraordinairement brève en comparaison de la vie de notre planète : c’est pour cela que de tels événements – certes toujours possibles – sont infiniment peu probables de notre vivant…

 

 

 

Compléments : classification récente (septembre 2010)

 

* sur les 535 000 astéroïdes connus (au 22 septembre 2010), 7211 sont des géocroiseurs, c'est-à-dire des objets qui passent à moins de 45 millions de km de la Terre.

* Leur taille varie de 32 km de diamètre pour les plus gros jusqu'à quelques mètres pour les plus petits.

* Chaque année, ce sont environ 800 nouveaux géocroiseurs qui sont découverts.

* Sur le millier de géocroiseurs plus grands que 1 km, 90% ont été identifiés. Aujourd'hui, les recherches se focalisent sur les objets mesurant entre 100 m et 1 km dont la population est estimée à quelques 28 000 et dont 15% sont connus.

* Selon leur orbite, les géocroiseurs sont divisés en trois familles : les Alten (6%) dont l'orbite s'inscrit la plupart du temps à l'intérieur de celle de la Terre, les Apollo (62%) qui circulent entre la Terre et Mars et les Amor (32%) qui, contrairement aux deux autres, frôlent l'orbite terrestre sans la couper.

* Selon leur composition, il en existe trois grands groupes : les astéroïdes carbonés (75%), rocheux (17%) et métalliques (8%).

Sources : Science & Vie, 1118, p. 51, novembre 2010

 

 

 

 

Brêve : le double évènement du 15 février 2013

 

     La presse internationale a abondamment parlé d'un double événement rarissime survenu le 15 février 2013 : ce même jour, le matin, une météorite a explosé au dessus de la Russie tandis que le soir un astéroïde d'une certaine importance frôlait la Terre.

 

    La météorite s'est désintégrée au dessus d'une ville  de 1 million d'habitants, Tcheliabinsk, située dans l'Oural. En moins de quatre secondes, l'objet assez conséquent puisque possédant un diamètre de 17 mètres et pesant près de 10 000 tonnes, s'est désintégré en  illuminant brusquement le sol. Sa vitesse de pénétration dans l'atmosphère a été  estimée à 18 km/sec et on estime qu'il a relâché une énergie de 500 kilotonnes, soit 30 fois la puissance de la bombe d'Hiroshima... L'engin a causé plus de 1000 blessés, essentiellement par bris de verre consécutifs à la violence de l'explosion, et entraîné des dégâts estimés à plus d'un milliard de roubles. C'est l’objet le plus gros à s’être heurté à l’atmosphère terrestre depuis la météorite de Tongouska, en 1908.

     Par ailleurs, ce même jour – extraordinaire coïncidence - , la Terre était frôlée dans la soirée par un bolide géocroiseur baptisé 2012 DA 14. L’objet, visible à la jumelle en France vers 21h ce jour-là, est passé à une distance d’environ 28 000 km, soit bien en dessous des satellites géostationnaires qui orbitent à 36 000 km. Bien que de taille relativement modeste (la moitié d’un terrain de football), il est clair que, animé d’une vitesse d’approche de 7.8 km/sec, s’il avait dû percuter une zone habitée de notre planète, il aurait causé d’immenses dégâts ! Les scientifiques étaient toutefois sereins car la trajectoire de ces objets peut se calculer des années à l’avance et il n’y avait ici aucun risque…

     On peut donc constater, par cette double actualité, que les bolides naviguant dans notre espace proche ne sont pas que des vues de l'esprit !

 

 

 
Images
1. la catastrophe de Toungouska (sources : www.unisciences.com)
2. étoiles filantes (sources : schmilblickblog.canalblog.com)
3. formation du système solaire, vue d'artiste (sources : www.space-art.co.uk)
4. l'astéroïde Cérès vu par le télescope spatial Hubble (sources : www.science-et-vie.net)
5. la comète de Halley (sources : www.gulli.fr)

 

(Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)

 
 
Mots-clés : Toungouska - météorite - astéroïde - comète -étoiles filantes - Perséides - chondrite - lithosidérite - Ensisheim - Pultusk - Valera - bolide - météore - ceinture d'astéroïdes - Cérès - Pallas - Vesta - planète naine - nuage de Oort - comète de Halley - géocroiseur - NEO - Apophis

 

 (les mots en blanc renvoient à des sites d'informations complémentaires)

 

 

Sujets apparentés sur le blog

 

1. origine du système solaire

2. la disparition des dinosaures

3. l'énigme de la formation de la Lune

4. les sondes spatiales Voyager

 

 

 

  

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Mise à jour : 17 février 2013

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3 mai 2009 7 03 /05 /mai /2009 16:17

 

 

 

 Vénus sortant des eaux (Boticelli, 1486)

 

 

 

     J’ai récemment abordé ce que la science actuelle suppose être l’origine de la Vie sur Terre mais une question – fondamentale - se pose aussi : au bout du compte, sait-on vraiment ce qu’est la Vie ? Comme on va le voir, la réponse à cette question en apparence simple n’est pas si évidente que ça. Encore aujourd’hui, il n’est pas facile de déterminer avec certitude les limites séparant la matière vivante de la matière inanimée… Prenons quelques exemples pour poser le problème :

 
          1. Chez l’être humain, par exemple, à quel moment peut-on situer cette frontière ? A quel instant précis peut-on dire avec certitude qu’un enfant est vivant ? Au stade de l’embryon, du fœtus, plus tard ? Dans un autre sujet (voir sujet : cellules souches), j’ai abordé cette question qui divise tant les hommes et on a pu voir que les réponses étaient très divergentes selon l’interlocuteur et la discipline dans laquelle il officie…

 
          2. De la même façon, un être plongé dans un coma dit dépassé est-il encore vivant ? La réponse que l’on doit apporter à cette question est extrêmement complexe et, pourtant, elle conditionne l’attitude que le médecin devra adopter : poursuivre la « réanimation » ou, au contraire, « débrancher » ce malade jugé complètement irrécupérable…

 
          3. Dans un autre ordre d’idées, s’il est assez facile de prétendre qu’une bactérie est vivante, que dire d’un virus dont on sait qu’il ne peut se reproduire sans la cellule qu’il infecte ?

 
     Ces exemples pris un peu au hasard montrent, s’il en était besoin, qu’une définition de la Vie n’est pas aussi aisée qu’il y paraît. Pour approcher d’une réponse acceptable, revenons-en – comme le dit l’expression – « aux fondamentaux », c'est-à-dire essayons de définir ce qu’est la Vie. 

 

 

 
 
Définir la matière vivante

 


     D’une façon générale, les religieux considèrent que la Vie est un mystère et qu’il est parfaitement illusoire de chercher à la définir. Bien que tout à fait respectable d’un point de vue strictement religieux, voire philosophique, il est certain que cette approche ne saurait satisfaire un esprit scientifique. Quelles sont donc les spécificités de la matière vivante ou, dit d'une autre façon, les caractéristiques de base qui la différencient des objets inanimés ? Les biologistes avancent quatre conditions pour affirmer qu’un être est vivant :


          1. Il doit échanger de la matière et de l’énergie avec son environnement : pour se maintenir en vie, l’être vivant doit satisfaire ses besoins en énergie, ou plutôt le besoin de ses cellules ; pour cela, il lui est nécessaire de prendre dans le milieu qui l’entoure les nutriments indispensables et les assimiler (afin d’assurer la vie et le renouvellement des cellules qui le composent). Les réactions chimiques qui en découlent lui procurent de l’énergie qui sera utilisée par lui, les éléments non utilisables (et les produits de dégradation) étant éliminés de façon à ne pas intoxiquer l’organisme : c’est ce que l’on appelle le métabolisme.

     En réalité, il s’agit d’une recherche d’équilibre qui le conduit, cet être vivant, à se développer et à augmenter sa biomasse d’où sa croissance progressive, plus ou moins rapide, mais toujours « programmée » par son matériel génétique. Cette croissance est d’ailleurs fort variable, allant de quelques jours à des milliers d’années, et passe par tous les stades évolutifs obligatoires de l’espèce à laquelle il appartient pour aboutir enfin à sa disparition inévitable.


          2. Il doit être autonome : pour qu’on puisse affirmer qu’il est vivant, l’individu doit être distingué de son milieu et posséder « en lui-même » la capacité de disposer de soi (à l’inverse d’un ordinateur qui reçoit ses instructions de l’extérieur). Cette autonomie est plus ou moins grande ; le lichen est, par exemple, l’association de deux êtres vivants, une algue et un champignon, qui seraient bien incapables de vivre seuls : ils ne peuvent subsister que par l‘existence de leur symbiose. Ailleurs, certains insectes, comme les fourmis ou les abeilles, meurent quand ils restent trop longtemps isolés de leurs groupes. Quoi qu’il en soit, si dans certains cas, l’autonomie des individus est plus limitée, elle n’en existe pas moins.

 

          3. Il doit être capable de se reproduire : il va de soi que l’individu vivant doit posséder (du moins statistiquement quand on considère les espèces) le moyen de donner naissance à des descendants. Il lui faut, en quelque sorte, se dupliquer à l’identique afin que l’espèce dont il fait partie se maintienne puisque lui, l’individu, est promis à une mort certaine. Toutefois, on le sait bien, le « descendant » n’est pas exactement semblable à son géniteur : c’est particulièrement vrai pour la reproduction sexuée où le nouvel individu acquiert des caractères provenant de ses deux parents. Il n’empêche que, en termes d’espèce, la descendance est globalement identique à la génération qui l’a précédée. Cette particularité est possible (comme nous l’avons précédemment vu dans le sujet origine de la Vie sur Terre) grâce à l’hérédité, c'est-à-dire la conservation des caractères parentaux, par l’intermédiaire de la transmission de l’ADN contenu dans les cellules. Pour cela, il doit être composé d’au moins une cellule (séparation du milieu ambiant) dont les plus évoluées contiennent un noyau protégeant le matériel et l’information génétiques. Ensuite, de la cellule à un individu plus complexe, tout n’est plus qu’une question d’organisation, de complexification.

 


          4. et, enfin, il doit évoluer au fil du temps, c'est-à-dire se transformer selon son environnement : les espèces, et donc les individus qui les composent, s’adaptent en permanence au milieu qui les entoure. Comme il est impossible de conserver un environnement strictement identique (bien qu’il soit dans l’ensemble assez stable), il est en effet indispensable que des modifications apparaissent chez les individus ; de ce fait, certains de ceux-ci ayant conservé des caractères anciens (ou dits archaïques) seront progressivement remplacés par des individus nouveaux, mieux adaptés, mieux armés pour survivre : c’est cela que l’on appelle la sélection naturelle. Ces modifications, le plus souvent invisibles durant une vie humaine qui est fort courte par rapport à la vie des espèces, se produisent par des mutations génétiques sur le rythme desquelles les scientifiques sont à peu près arrivés à se mettre d’accord (voir le sujet les mécanismes de l'évolution).


     Une condition subsidiaire est parfois avancée (mais elle est contenue en filigrane dans les conditions déjà listées) : la possibilité pour l’individu de répondre aux stimuli du monde qui l’entoure. Ces réactions sont variables selon les espèces : les animaux réagissent rapidement en fuyant, en se cachant ou, parfois, en attaquant, tandis que les plantes le font beaucoup plus lentement (mais de façon certaine comme le prouve, par exemple, l’observation des fleurs s’ouvrant ou se fermant selon l’ensoleillement).

 

 
     En fin de compte, la vie est diverse mais les conditions que nous venons d’énumérer sont toujours plus ou moins présentes. Des millions d’êtres vivants peuplent notre planète, interagissant entre eux ou avec leur milieu, et c’est ce qui en fait d’ailleurs toute l’originalité et la beauté. Est-ce à dire que nous venons d’expliquer de façon certaine ce qu’est la Vie ? Ce n’est pas aussi simple !
 

 

  
Contre-exemples

 


     En introduction de cet article, j’ai mentionné quelques cas (il y en bien d’autres) où il paraît difficile de faire la différence entre le vivant (ou le déjà mort), en rapportant, par exemple, la perplexité qui saisit le médecin devant un individu en coma dépassé. Voilà un être qui a vécu, pensé, aimé, etc. et qui à présent repose sur un lit d’hôpital, entouré de machines destinées à assurer ses fonctions vitales. Pour l’observateur, le malade (?) respire, son cœur bat et il est alimenté de façon à entretenir les cellules de son corps. Toutefois, son électro-encéphalogramme est plat, c'est-à-dire que son cerveau semble ne plus être l’objet d’une quelconque activité. Est-il déjà mort ? Doit-on le débrancher et arrêter une vie qui n’est plus qu’artificielle ? Sait-on si, par extraordinaire, il n’est pas susceptible de « se réveiller ultérieurement » et reprendre le cours d’une vie réelle ? Des patients qui sortent de leur coma après des mois, voire des années, sont rares et, nous disent les réanimateurs, ceux-là ont toujours présenté quelques traces, quelques signes d’une activité cérébrale, fut-elle extrêmement réduite. L’attitude communément admise est donc de considérer comme mortes les personnes qui présentent des tracés neurologiques plats à plusieurs examens EEG successifs… Une approche toujours formidablement difficile à admettre pour les proches.

 
     Ailleurs, voici des virus qui possèdent la faculté de se déplacer et qui présentent également la caractéristique d'être parfaitement individualisés car composés de matériel génétique limité par une membrane. Mais ils ne possèdent pas de métabolisme propre et sont donc incapables de se répliquer seuls : il leur faut une cellule vivante dont ils utiliseront le matériel moléculaire pour donner d’autres virus. Du coup, la majorité des scientifiques ne leur accordent pas le statut d’êtres vivants. Pourtant, on sait que certains virus peuvent infecter d’autres virus comme si ces derniers étaient vivants : où est donc cette fameuse limite entre le vivant et le non-vivant ?

 
     Et les prions, responsables d’affections comme la maladie de Creutzfeld-Jacob (l’équivalent humain de l’encéphalopathie spongiforme bovine ou maladie de la vache folle) ? Ce ne sont pourtant que de simples entités chimiques mais qui, une fois dans un organisme, peuvent se répliquer jusqu’à détruire l’hôte qu’ils infectent. Certainement pas vivants mais toutefois…

 

 

 

 

Pour une définition de la Vie

 

 

     Du coup, certains scientifiques avancent l’idée suivante : pour qu’un individu puisse participer à l’évolution de son espèce, il faut qu’il puisse se reproduire ; il doit donc posséder un métabolisme qui lui permette d’entretenir toutes ses cellules et surtout de l’ADN, sous une forme ou une autre, nécessaire au passage de l’information qu’il représente d’une génération (la sienne) à une autre (sa descendance).

 

     Certains, comme Richard Dawkins, le célèbre éthologiste britannique, sont allés jusqu’au bout du raisonnement : pour Dawkins, seul le gène a de l’importance car il renferme l’information. Dans son livre « le gène égoïste », il explique que l’individu, quel qu’il soit, y compris les êtres humains, n’existe que pour cette seule fonction, la transmission de l’information génétique, une fonction qui fait évoluer les espèces en leur permettant de s’adapter aux changements de l’environnement. Pour lui, l’individu n’a aucune valeur (du point de vue de la biologie cela va sans dire) car il n’est que le « messager »… Le vivant, c’est donc celui qui transmet l’ADN… Outrancier ? Peut-être. D’ailleurs, le paléontologue Stephen J Gould que j’ai souvent mentionné ici, rappelle qu’il existe d’autres moyens de transmettre l’information, l’apprentissage par exemple, sans lequel la perpétuation de l’espèce est souvent impossible. Pour Gould, les gènes ne sont que des éléments de transmission, certes importants, mais parmi d’autres… Et puis que penser des hybrides, ces individus qui ne peuvent pas avoir de descendants comme le mulet, croisement d’un âne et d’une jument : vivants, évidemment, mais ne pouvant transmettre qu’exceptionnellement un patrimoine génétique issu de deux espèces proches mais différentes…

 
     On voit combien il paraît difficile de répondre à une question en apparence simple, combien nous avons du mal à définir une notion qui nous semble pourtant familière, une notion dont nous avons l’impression « qu’elle tombe naturellement sous le sens » ! Tentons quand même une définition la plus large et la moins imprécise possible ; elle pourrait être : « un être vivant est un système constitué d'éléments organisés par une information génétique et composé d'une série d’organes ou appareils qui assurent son autonomie, certains d’entre eux lui permettant de se reproduire. » 
 

 
     La vie sur notre globe est basée sur le cycle du carbone et on vient de voir toute la difficulté à poser les limites du vivant dans le monde qui est le nôtre. Récemment, je me demandais si d’autres formes de vie, extraterrestres, pouvaient exister et j’avançais qu’un simple calcul statistique (eu égard aux milliards de milliards d’étoiles et de planètes qui peuplent notre univers) permettait de répondre par l’affirmative. Toutefois, rien ne dit que cette vie « exotique » serait fondée sur le carbone tel que nous le connaissons : pourquoi pas le silicium, par exemple, bien que ce dernier conduise probablement à un nombre moins varié de possibilités ? Comment pourrions-nous alors la reconnaître, cette forme de vie à nos yeux étrange, alors que nous avons tant de mal à identifier la nôtre ?

 

 

 

 

 

Images

1. Vénus sortant des eaux par Boticelli, 1486 (sources : www.cineclubdecaen.com/)

2. la plus vieille fleur du monde, vieille de 2000 ans, en Angola (sources : www.geo.fr/)

3. la reproduction sexuée des végétaux (sources : www.voyagesphotosmanu.com)

4. une souche du virus H1N1 (sources : www.lemonde.fr/)

5. l'exoplanète epsilon d'Eridan, la plus proche découverte (10,5 al) : pourrait-elle abriter une vie ? (il s'agit d'une vue d'artiste) (source : www.techno-science.net/)

(Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)

 

 

 

Mots-clés : virus - prion - métabolisme - reproduction - reproduction sexuée - sélection naturelle - coma dépassé - EEG plat - Richard Dawkins - information génétique - Stephen J Gould - apprentissage - êtres hybrides - cycle du carbone - silicium

 (les mots en blanc renvoient à des sites d'informations complémentaires)

 

 

 

Sujets apparentés sur le blog :

 

1. cellules-souches

2. les mécanismes de l'Evolution

3. vie extra-terrestre (2)

4. reproduction sexuée et sélection naturelle

5. la mort est-elle indispensable ?

6. le hasard au centre de la Vie

 

 

 

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Mise à jour : 14 avril 2013

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31 mars 2009 2 31 /03 /mars /2009 18:48

 

  

 

                                  cellules cancéreuses attaquées par le système immunitaire

     

 

 

     L’année 2005 est l’année la plus récente pour laquelle nous possédons des données pratiquement complètes et, cette année-là, il y a eu en France 537 300 décès, un des chiffres les plus bas d’Europe (chiffre à rapprocher des 807 400 enfants nés cette même année). C’est assez bien mais pas encore suffisant.

     On sait aussi que depuis (presque) toujours, les deux plus grandes causes de mortalité dans notre pays sont les maladies cardiovasculaires et les cancers (cancers au pluriel tant il en existe de formes différentes). Or c’est en 1989 que, pour la première fois, la mortalité par cancer a dépassé celle des maladies cardiovasculaires. A cela plusieurs raisons :


   • les maladies cardiovasculaires (infarctus du myocarde, accidents cérébrovasculaires, etc.) sont de mieux en mieux et de plus en plus tôt prises en charge ;


       • l’incidence des cancers a fortement augmenté ces dernières années : pour 2005, on estime à 320 000 le nombre des nouveaux cas de cancer (180 000 chez les hommes et 140 000 chez les femmes, soit, en 25 ans, une augmentation de + 93% chez les hommes et de + 84 % chez les femmes). Il faut, bien sûr, rapporter ces chiffres à l’augmentation de la démographie et au vieillissement de la population mais, une fois la pondération faite, on arrive quand même au chiffre de + 52% chez l’homme et + 55% chez la femme.

     Je parle ici d’incidence (c'est-à-dire la survenue de cas nouveaux) et non de mortalité : cette dernière, si elle a aussi augmenté, a été comparativement moindre puisque les personnes décédées d’un cancer en 2005 sont au nombre de 146 000 ce qui ne traduit une augmentation « que » de 13% depuis 1980. On peut en déduire que les cancers sont mieux pris en charge par la médecine moderne (dépistage systématique et plus précoce, meilleurs traitements, etc.) et il faut s’en réjouir sans, évidemment, relâcher les efforts entrepris.


     Puisque les cancers restent une des grandes causes de santé publique, je souhaite revenir sur ce qu’est réellement cette maladie, étant entendu qu’il n’est pas de mon propos de détailler les différents cancers (et encore moins leurs prises en charge) mais d’essayer d’en comprendre les mécanismes.
 

 


la cellule


     Tout part évidemment des cellules qui composent nos tissus : c’est à cette échelle invisible que tout se joue.

 


          • la cellule normale


     La cellule est – nous l’avons déjà mentionné – la brique constitutive de tout être vivant. Elle se divise en deux parties : d’une part, limité par une membrane extérieure, le cytoplasme où se déroulent toutes les activités physicochimiques qui lui permettent de vivre et, d’autre part, un noyau qui contient le matériel génétique, l’ADN, qui lui permet de se répliquer.

  
     A l’échelon macroscopique qui est le nôtre, cette transformation permanente de milliards de cellules n’est guère apparente (sauf sur le très long terme). Chaque jour, par exemple, nous voyons notre peau qui nous semble toujours la même et nous supposons qu’il en va de même de tous nos organes. Pourtant notre peau change continuellement sous nos yeux qui ne le voient pas : ses couches superficielles sont certes des cellules mortes mais correspondant à un renouvellement complet des cellules cutanées en un peu moins d’un mois. Il en va de même – plus ou moins rapidement, plus ou moins lentement – de tous nos organes ; par exemple, les cellules de la paroi intestinale se renouvèlent en 10 à 25 jours, nos globules rouges ne vivent que quatre mois, les cellules du foie environ un an, etc.

  
     Qui dit renouvellement dit reproduction, en principe à l’identique, et c’est le rôle de l’ADN cellulaire de permettre cela. Au fur et à mesure de ces millions de processus de renouvellement, les erreurs ou mutations s’accumulent d’où un vieillissement de l’ensemble de l’organisme avec l’arrivée progressive et inéluctable de cellules – et donc d’organes – moins performantes, plus fragiles. Il s’agit là d’un phénomène naturel obligatoire qui, à terme, conduit à la disparition des individus que nous sommes.

 
     Dans certains cas néanmoins, les dysfonctionnements cellulaires peuvent aboutir à la formation de cellules atypiques, monstrueuses, dont la prolifération anarchique met en danger l’ensemble de l’organisme : c’est le cancer.

 


          • la cellule cancéreuse


     C’est une cellule devenue folle et qui, ayant perdu la faculté de se détruire comme toute cellule normale, vit éternellement. De ce fait, les cellules cancéreuses continuent à se multiplier au sein d’un organe où leurs compagnes ordinaires meurent (afin de se renouveler) pour constituer une tumeur qui va progressivement remplacer le tissu normal de l’organe. Ces cellules anormales se transforment petit à petit en éléments qui ont de moins en moins de rapport avec ceux d’origine et on parlera de cellules plus ou moins différenciées selon que l’on arrive ou non à reconnaître les tissus dont elles sont issues. A terme, on aboutit à des cellules « monstrueuses », à la taille fortement augmentée et au noyau démesuré, parfois bourré de chromosomes modifiés et siège d’une intense activité métabolique.

 

     Au début, toutefois, il ne se passe rien et ces formations nouvelles vivent au sein du tissu normal sans en modifier la fonction. On estime qu’il faut environ 100 000 cellules cancéreuses pour commencer à parler de tumeur maligne. De ce fait, il s’écoule un certain temps (on dit parfois qu’il faut environ 8 ans pour passer d’une première cellule cancéreuse à une tumeur macroscopiquement visible mais cela est bien sûr variable selon les types de cancers) et on comprend donc bien que c’est à ce stade de début, qu’il faut intervenir : après, c’est plus compliqué (mais nullement désespéré !). A un stade de plus, la tumeur – si on la laisse prospérer – envoie, par voie sanguine ou lymphatique, des colonies à distance, les métastases, qui sont autant de foyers nouveaux à combattre.

 
     Que se passe-t-il donc pour que de telles cellules modifiées apparaissent ?
     Dans le noyau de la cellule, les chromosomes sont formés de structures plus petites, les gènes, qui déterminent la fonction de la cellule et, à un échelon plus grand, des organes. Parfois, des mutations surviennent au sein d’un gène ou bien certains d’entre eux peuvent être « oubliés » lors de la réplication cellulaire. Normalement, la cellule possède des procédures de réparation qui lui permettent de corriger l’anomalie et c’est bien ce qui se passe le plus souvent. De temps à autre, malheureusement, ces mécanismes de réparation sont insuffisants et la cellule meurt ou, au contraire, devient immortelle, et susceptible de se reproduire à l’infini : c’est la cellule cancéreuse.

 
     Précisons d’emblée qu’une seule mutation ne peut conduire à l’apparition d’un cancer : c’est l’accumulation au fil du temps de mutations nombreuses, multiples, variées, qui aboutit au processus tumoral (la tumeur représentant l’ensemble des cellules anormales). On comprend dès lors que plus le temps passe, plus l’organisme vieillit et plus il y a de chances de voir apparaître un tel phénomène.

 


          • Gènes et oncogènes


     Normalement existent des gènes appelés proto-oncogènes qui stimulent la division cellulaire mais, sous certaines conditions, ils peuvent se retrouver sous une forme anormale : on appelle alors oncogènes ces gènes modifiés intervenant dans la constitution d’un cancer. Il en existe d’autres, les anti-oncogènes qui agissent en sens inverse (ce sont les gènes réparateurs auxquels je faisais précédemment allusion en parlant des mécanismes de réparation naturels de la cellule). L’activation des premiers sous l’effet d’agents plus ou moins extérieurs (sur lesquels nous reviendrons) ou l’inactivation des anti-oncogènes réparateurs conduisent donc à l’apparition d’un cancer.

 
     Le cancer (ici au singulier puisque j’évoque le mécanisme général de sa formation) est par conséquent une maladie génétique somatique, c'est-à-dire des tissus : c’est la dérégulation de la formation harmonieuse des cellules qui le provoque. Quelles sont les causes de cette dérégulation ?

 

 


Les agents favorisants


     Ils sont en réalité multiples et, en dépit de la masse d’informations que nous possédons sur le phénomène, sans doute ne sont-ils pas tous encore connus. Essayons d’en énumérer les principaux.

 


     • Certains cancers sont totalement héréditaires : c’est, par exemple, le cas du rétinoblastome, une tumeur extrêmement grave touchant les yeux et généralement diagnostiquée avant l’âge de deux ans ; ici, le malade est porteur de deux allèles (voir glossaire) pathologiques du gène RB1.

 


       • Le plus souvent, il s’agit d’un simple environnement génétique


     La personne est susceptible de développer un type particulier de cancer car il existe une notion de terrain : dans sa famille, des membres plus ou moins proches ont présenté des cancers particuliers et le fait de le savoir permet d’instaurer une surveillance plus attentive chez cette personne « à risque ». C’est, par exemple, souvent le cas des cancers du sein ou du colon. Les recherches récentes en génétique s’efforcent de découvrir quels sont les gènes dont sont porteuses ces personnes et qui les prédisposent ainsi.

 
     Au-delà des ces facteurs purement génétiques, il existe évidemment de nombreux facteurs externes éventuellement responsables de la survenue de cancers mais on soupçonne que la génétique n’est jamais totalement absente : certains individus seraient moins protégés contre l’exposition à l’un ou l’autre de ces facteurs de risque.

 


          • L’hygiène de vie


     C’est un élément fondamental de la lutte contre le cancer parce que, à vrai dire, c’est un des rares sur lesquels l’individu peut directement agir : l’alcool, le tabac, les drogues multiples et variées, une alimentation trop riche en graisses, notamment saturées, et pauvre en fibres, etc. sont des facteurs connus. Je disais précédemment qu’il existait une prédilection de terrain, certainement génétique, qui fait que tel individu sera particulièrement exposé en cas d’abus d’un de ces agents alors que d’autres y seront beaucoup moins sensibles. Certaines recherches actuelles travaillent sur ces notions de sensibilité personnelle et il sera peut-être un jour possible de prévoir les conséquences de tel ou tel abus. Pour l’heure, rien n’est sûr et il semble évidemment préférable d’être raisonnable…

 
     Il convient également d’ajouter que la juxtaposition de plusieurs de ces facteurs de risques ne fait pas que les additionner mais élève ces risques à grande échelle. On sait par exemple les ravages que peut causer l’association alcool-tabac qui multiplie les risques de cancer de la bouche, du pharynx, de l’œsophage ou de la vessie. En pareil cas, 1 + 1 = 3 (voire plus !).

 


          • L’environnement mutagène

   
     Les facteurs cancérogènes évoqués plus haut dans l’hygiène de vie (goudrons et gaz du tabac, alcool, etc.) se retrouvent également dans ce que l’on désigne du terme général d’environnement. La liste en est longue : radiations (naturelles ou non), substances cancérigènes contenues dans certains aliments ou certaines substances chimiques (produits que notre société dissémine dans la nature, émissions de gaz divers tels que ceux de certains moteurs, voire cosmétiques ou médicaments, etc.). Citons également les rayons ultraviolets qui, depuis la mode récente du « bronzage » ont fait exploser les statistiques des cancers de la peau, du nickel sur les cancers des sinus du visage, de l’amiante dans les mésothéliomes (voir glossaire) et, d’une manière plus générale, toutes les expositions, professionnelles ou non, à des produits toxiques dont certains commencent seulement à être soupçonnés. On pourrait presque dire que c’est l’envers des bienfaits de notre civilisation industrielle et c’est la raison pour laquelle il reste impératif d’en explorer tous les dangers.
 

 

     La médecine moderne comprend de mieux en mieux le cancer qui garde pourtant encore dans nos consciences une connotation terriblement péjorative. J’imagine volontiers que, les progrès de la médecine s’accélérant (et la survie des malades se banalisant), nous finirons par adopter une attitude plus objective vis-à-vis de cette maladie qui deviendra (presque ?) comme les autres. J’en veux pour preuve la terreur qu’inspiraient il y a quelques décennies la tuberculose ou la poliomyélite, terreur qu’on a heureusement fini par relativiser jusqu’à parfois même en oublier que ces affections sont encore dangereuses.
 

     Enfin, pour terminer mon propos, je souhaiterais faire deux remarques :

 

          1. le cancer n’est pas une maladie nouvelle : comme je le précisais au début de ce texte, il est certes en augmentation relative pour les raisons que j’ai évoquées mais il existe depuis toujours ; c’est ainsi qu’on a pu l’identifier sur des momies égyptiennes, c’est-à dire il y a plus de 3000 ans ; rappelons-nous aussi que le mot cancer vient du grec carcinos et qu’il fut pour la première fois utilisé par Hippocrate parce qu’il croyait que cette maladie ressemblait à un crabe.
 
          2. la progression des guérisons du cancer n’est pas uniquement une vue de l’esprit et un moyen de rassurer les malades : je me souviens très précisément de ces femmes atteintes d’un cancer du sein que, dans les années 70, en tant qu’interne d’un service hospitalier, j’allais visiter chaque matin ; ces femmes étaient – pour une raison que je n’ai jamais comprise – regroupées dans une aile du bâtiment que, à mi-voix, on appelait « l’antichambre de la mort », tant l’espoir de survie y était réduit. Aujourd’hui, la quasi-totalité de ces malheureuses malades serait sauvée. Mieux : elles auraient toutes repris une vie absolument normale moyennant une surveillance discrète une fois par an ! N’est-ce pas là un progrès fantastique en l’espace de quelques années ?

 

 

 

 

Glossaire (in Wikipedia France)

 

      * allèle : on appelle allèles les différentes versions d'un même gène. Chaque allèle se différencie par une ou plusieurs différences de la séquence de nucléotides (ADN ou ARN). Ces différences apparaissent par mutation au cours de l'histoire de l'espèce, ou par recombinaison génétique. Tous les allèles d'un gène occupent le même locus (emplacement) sur un même chromosome.

 

      * mésothéliome : c'est une forme rare et virulente de cancer des surfaces mésothéliales qui affecte le revêtement des poumons (la plèvre), de la cavité abdominale (le péritoine) ou l'enveloppe du cœur (le péricarde). Le mésothéliome pulmonaire est causé par l'exposition à des fibres minérales (comme l’amiante, ou l'érionite).

  

 

Images

 

   1.  cellules cancéreuses attaquées par le système immunitaire (sources :  www.alternative-cancer.net/)

   2. schéma d'une cellule normale (sources : www.chimie-sup.fr)

   3. colonie de cellules cancéreuses (sources : www.lefigaro.fr)

   4. facteurs de risques liés au cancer (sources : vincent.keunen.net/)

   5. crabe centolla (sources : www.astrosurf.com)

(Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)

 

 

 

Brêve : le cancer est-il une maladie héréditaire ?

 

   Le lien entre hérédité et cancer était pressenti depuis longtemps. Ce n'est qu'en 1986 qu'un premier gène de prédisposition au cancer a été identifié, le gène RBI. Une mutation constitutionnelle du gène BRCA1, portée par un seul allèle, est associée à un risque très élevé (90%) de rétinoblastome dans les premiers mois de la vie. Depuis, grâce au clonage positionnel, une quarantaine de gènes de prédisposition ont été identifiés. Cela étant, on ne peut pas dire que le cancer est une maladie héréditaire. Ce que l'on peut dire, c'est que dans un certain nombre de cas, pas les plus nombreux, il y a une mutation génétique qui augmente le risque de développer un cancer. On sait par exemple que 45% des femmes présentant une altération du gène BRCA1 développeront un cancer du sein avant l'âge de 50 ans. Comme dans la population générale, ce risque a augmenté chez les femmes mutées au cours des dernières décénnies : il est deux fois plus élevé chez les femmes nées après 1940 par rapport à celui des femmes nées avant 1940.

Pr Dominique Stoppa-Lyonnet

chef du service de génétique oncologique à l'Institut Curie (Paris)

professeur à l'université René-Descartes (Paris-V)

(in Médecins, bulletin d'information de l'Ordre des Médecins, mars-avril 2009, n°4)

 

  

 

Mots-clés : cancer - mortalité en 2005 - cytoplasme - noyau cellulaire - mutations - métastases - proto-oncogène - oncogène - anti-oncogène - hygiène de vie - environnement mutagène

 (les mots en blanc renvoient à des sites d'informations complémentaires)

 

 

 

 

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Mise à jour : 13 avril 2013

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20 mars 2009 5 20 /03 /mars /2009 14:30

 

 

        

 

  

 

 

 

     Depuis qu’ils ont une conscience, rien n’a plus préoccupé les Hommes que l’explication du début de la Vie sur notre planète et donc la révélation de leur propre origine. Les religions ont cherché des réponses, variables selon les latitudes, mais il s’agissait alors plus d’un acte de foi que d’une approche scientifique rationnelle. La science a également longtemps hésité et s’il lui est encore impossible de trancher de façon définitive, elle a permis de tracer quelques pistes : voyons cela de plus près.

 

 

 


Des interrogations historiques

 


     L’explication de l’origine de la vie sur Terre occupe les esprits depuis toujours, en tout cas depuis plus de 2500 ans. Au début et en l’absence de toute étude scientifique crédible, hors de portée des savants de l’époque, la majorité des philosophes de l’antiquité proposèrent la notion de « génération spontanée » : Aristote, par exemple, imaginait que les êtres vivants, notamment les espèces dites « inférieures », sont la résultante d’une coagulation de terre et d’eau sous l’influence de la chaleur, celle du soleil notamment. Il pensait que « des forces » en sont responsables mais sans en expliquer ni l’origine, ni la nature. Cette notion de force sera secondairement reprise, notamment en Occident, par l’Eglise qui y verra un « élan vital », c'est-à-dire un principe d’inspiration divine qui, seul, peut transformer de la matière inanimée en êtres vivants. Durant des siècles on en restera là et il faudra attendre les travaux de Pasteur pour réfuter définitivement cette notion d’une création à partir de rien.

  
      Il faut dire que, quelques années auparavant, Darwin avait jeté un véritable pavé dans la mare avec sa théorie de l’évolution qui stipulait que tous les êtres vivants proviennent d’un ancêtre unique et ce grâce à la sélection naturelle, une théorie clairement mécaniciste guidée par la nécessité et, en fin de compte, par le hasard. Dès lors, les premières idées cohérentes sur l’origine de la Vie purent commencer à voir le jour.

  
     L’anglais John Haldane (1892-1964), ayant remarqué qu’un mélange d’eau, de gaz carbonique et d’ammoniac placé dans un milieu riche en rayons ultraviolets produit de la matière organique, propose alors une « soupe primitive prébiotique ». Pour lui, les radiations ultraviolettes provenant du Soleil (ou de décharges électriques des volcans ou de la foudre) cassent les molécules simples de l’atmosphère primitive et permettent ainsi la libération de radicaux qui se combinent rapidement pour former des molécules plus complexes et plus lourdes.

  
     Le russe Alexandre Oparine (1894-1980) lui emboîte le pas quelques années plus tard en expliquant que l’agrégation de molécules en molécules de plus en plus complexes finit par aboutir à une structure susceptible de se fermer par une membrane devenant ainsi une espèce de cellule primitive. En somme, on a affaire à une complexification progressive, la sélection naturelle se chargeant de conserver les structures les plus stables.

  
    Il faudra néanmoins attendre 1953 - et sa fameuse expérience - pour que l’américain Stanley Miller permette une avancée conceptuelle véritable.

 
 

 

 
L’expérience de Stanley Miller

 

  
     Dans les années 50, Stanley Miller (1930-2007) est un jeune étudiant qui prépare sa thèse de doctorat. Le scientifique s’intéresse à l’origine de la Vie sur Terre et aux conditions dont on supposait qu’elles prévalaient sur notre planète à son tout début. Il cherche donc à recréer ces conditions en construisant un dispositif comprenant deux grands ballons réunis par des tubulures de verre. Dans le premier, il met de l’eau chauffée sensée représentée l’océan primitif et dans le second un mélange de vapeur d’eau et de gaz parcouru par des décharges électriques (l’atmosphère primitive).

 

     Surprise : après environ une semaine, 2% du carbone du premier ballon ont été transformés en acides aminés qui, on le sait, sont les constituants indispensables à la matière vivante… Troublant ! D’autant que, cette même année 1953, Watson et Crick décrivent la structure en double hélice de l’ADN qui permet de comprendre enfin la transmission de l’information génétique. L’expérience de Miller est évidemment répétée par de nombreux scientifiques et l’un d’entre eux, en 1961, aboutit à la synthèse d’adénine, une des quatre bases constituant l’ADN !

  
     On ne peut évidemment s’empêcher de repenser à la théorie de Darwin pour qui le point de départ aurait pu être « un marais d’eau chaude contenant des sels d’ammoniac et de phosphore ayant conduit à la formation des premières molécules organiques grâce à l’action conjuguée de chaleur et d’électricité ». Si l’on ajoute à cela que c’est à peu près à cette époque qu’on commence à décrire des roches très anciennes ayant une origine biologique, les stromatolithes, on comprend qu’on puisse tenter d’imaginer sérieusement le cheminement de la Vie.

 

 

 

 

Les différentes étapes

 


     La Terre, comme l’ensemble du système solaire, s’est formée il y a environ 4,5 milliards d’années mais, au tout début, elle était impropre à l’apparition de la Vie : nous sommes encore dans un système instable avec des agrégations de roches (ayant conduit à la formation des planètes) et donc la présence de beaucoup d’objets errants. Notre planète est alors bombardée sans discontinuer par une foule de météorites plus ou moins grosses et le siège d’une importante activité sismique et volcanique : il faudra attendre 500 millions d’années pour que la situation se stabilise. Nous savons par ailleurs (les fameux stromatolithes déjà évoqués) qu’une vie rudimentaire était déjà présente vers – 3,5 milliards d’années. On peut donc en déduire que c’est un peu avant cette période que la Vie est apparue, finalement assez tôt dans l’histoire de notre globe.

 

 
          • La Terre d’origine, vers – 4 milliards d’années


     Les précipitations de météorites se sont raréfiées et les volcans quelque peu calmés. L’atmosphère de cette époque est composée principalement de méthane, donc irrespirable, mais elle est riche en eau et en hydrogène. La température de surface a diminué et le jeune Soleil brille moins qu’aujourd’hui, ses rayons étant filtrés par une atmosphère lourde et pesante. Toutefois, un élément fondamental est présent, le carbone, dont les quatre liaisons atomiques en font un candidat irremplaçable pour la formation de molécules susceptibles de donner des êtres vivants. Les océans sont par ailleurs un endroit idéal pour la solubilisation des molécules et l’apparition des premières briques chimiques du vivant, les acides aminés (voir plus haut l’expérience de Miller).

 

 
          •
Les acides aminés


     Ce sont eux qui sont le fondement de toutes les protéines existant sur notre planète. Associés à certaines molécules comme des acides gras (qui ont la particularité de former des gouttes, puis des vésicules), ils peuvent conduire tout naturellement à la formation de véritables protocellules (cellules primitives) sous certaines conditions de chaleur et de pression, peut-être à proximité de ces fameux « fumeurs noirs » encore présents au fond de nos océans et dont on sait qu’ils favorisent grandement la synthèse biochimique. Mais exister une fois ne suffit pas : pour survivre, un être vivant doit se dupliquer en transmettant à ses descendants les informations – son adaptation au milieu – qui lui ont permis d’exister. Il faut donc qu’apparaisse aussi une certaine forme de codage.

 

 
          • Apparition de la duplication : le monde de l’ARN


     La majorité des scientifiques d’aujourd’hui pensent que le codage primitif des premières protocellules est passé par l’ARN, plus simple que l’ADN (qui compose le code génétique du vivant actuel). Plus simple - et pouvant donc permettre les premiers échanges codés entre les structures qui deviendront de vraies cellules - mais également moins stable car il ne comprend qu’un seul filament, forcément fragile. Atout toutefois primordial : ce filament peut se répliquer par simple contact. A l’inverse, ce n’est pas le cas de l’ADN, composé de deux filaments collés l’un à l’autre (la double hélice), qui est infiniment plus stable mais incapable de se répliquer seul puisqu’il faut « l’ouvrir, le lire et copier l’information génétique ». L’association des deux types d’acides nucléiques conduit à ce que l’on sait de nos jours de la transmission génétique : le « code du vivant » est stocké dans l’ADN qui varie très peu et est lu par des ARN (« messagers », « de transfert », etc.) qui permettent la transformation de l’information en molécules très précises, toujours les mêmes.

 

 
          • Le monde de l’ADN et l’arbre de l’évolution


     Du fait de cette association ADN/ARN, une information génétique invariable (moins les inévitables « mutations », voir le sujet les mécanismes de l'évolution) peut se transmettre et permettre l’organisation d’un être vivant qui sait se reproduire. Ensuite, l’Evolution n’a plus qu’à se faire – avec le temps, beaucoup de temps – vers une complexification progressive, le tout sous l’emprise de la sélection naturelle, un mécanisme automatique… On peut résumer cette avancée de la façon suivante :

 

 
* entre – 4 et – 3 milliards d’années : apparition des cellules procaryotes (c'est-à-dire sans noyau) où l’information génétique encore rudimentaire est emmagasinée dans une simple enveloppe lipidique qui contient les enzymes nécessaires au fonctionnement cellulaire ;

 

 
* entre – 3 et – 1,5 milliards d’années : apparition des cellules eucaryotes qui comprennent non seulement une enveloppe externe séparant la cellule de son milieu mais également une deuxième enveloppe, interne et constituant le noyau, qui protège l’information génétique du cytoplasme où se font les réactions cellulaires ;

 

 
 * entre – 2 et – 1 milliard d’années : certaines cellules accueillent des organites, c'est-à-dire de petites structures spécialisées (comme les mitochondries) dont on pense aujourd’hui qu’elles sont issues d’une association (une symbiose) entre les cellules eucaryotes et des bactéries archaïques ;

 

 
* vers – 1 milliard d’années : des cellules, toutes semblables, s’organisent pour former des structures plus grandes et plus complexes sous forme de filaments organiques ;

 

 
* vers – 500 millions d’années : apparition des tissus qui, peu à peu, comprennent des cellules de plus en plus spécialisées. On aboutit alors à la formation d’organismes pluricellulaires. La suite est connue… Précisons quand même que, si la vie est apparue relativement tôt dans l'histoire de la Terre, il aura fallu attendre plus de 3 milliards d'années pour voir exploser la biodiversité !

 
 

 

 
Le point de départ

 

 
     • L’atmosphère


     J’ai déjà longuement évoqué l’expérience de Miller qui orientait l’apparition de la Vie vers un point de départ atmosphérique. Malheureusement, on sait à présent que l’atmosphère primitive n’était probablement pas celle que le scientifique avait retenue : l’atmosphère primitive était plus composée de dioxyde de carbone et d’azote que de méthane et d’ammoniac. Or le mélange azote/dioxyde de carbone est moins propice à la formation des acides aminés. Pour compenser cette relative limitation, il faut ajouter la présence d’une assez grande quantité d’hydrogène ce qui est finalement loin d’être impossible : comme on le verra, ce dernier aurait pu se former autour des sources hydrothermales. Une autre objection souvent avancée est la durée : pour que ces mécanismes s’enclenchent, il est nécessaire que cette atmosphère un peu particulière reste stable sur une plutôt longue période. Combien de temps ? Cela reste encore à déterminer. Quoi qu’il en soit, l’apparition de la Vie sur Terre à partir d’une atmosphère plus ou moins enrichie en hydrogène et parcourue de décharges électriques est assez bien acceptée par les scientifiques actuels. Ce mécanisme n’est bien sûr pas le seul retenu.

 

  
     • Les océans


     Dans un sujet précédent (voir sujet vie extraterrestre - 2), j’évoquais une des conditions semble-t-il indispensable à l’émergence du vivant : l’eau liquide. Dès lors, comment ne pas penser aux océans, présents très tôt sur notre planète ? A vrai dire, jusque dans les années 70, on voyait assez mal comment ceux-ci auraient pu intervenir (un échange de surface ?) mais, à cette époque, pour la première fois, sont décrites les sources hydrothermales profondes, les « fumeurs noirs ». Riches en ressources minérales, ces fumeurs sont également une importante source d’énergie provenant des entrailles de la Terre et on peut imaginer assez facilement que ce soit dans leur environnement qu’apparurent les premiers acides aminés : certains scientifiques en sont convaincus.

 

  
     • Les solutions alternatives

 


     * la panspermie : formulée au début du 20ème siècle, cette hypothèse envisage l’apport de molécules organiques venues d’ailleurs que de la Terre, au moyen de certaines météorites qui, ainsi, pourraient faire transiter ces premières briques du vivant d’une planète à l’autre. Voire, pourquoi pas ?, de bien plus loin, d’au-delà du système solaire, en une sorte de gigantesque « pollinisation » de la Vie dans l’espace interstellaire… Tombée en désuétude depuis les années 1950 (Miller, toujours lui !), elle possède encore certains partisans mais notons au passage que la théorie ne fait que repousser le problème : il faut bien qu’il y ait eu quelque part un début…

 

 
     * les autres planètes : on sait que certaines météorites retrouvées sur le sol de notre planète sont d’origine extra-terrestre : quelques unes d’entre elles proviennent de la Lune mais il s’agit là de notre proche banlieue et d’un astre certainement stérile. En revanche, les météorites d’origine martienne témoignent de relations certaines entre les deux planètes : dès lors, pourquoi ne pas imaginer que… C’est tout l’enjeu de l’exploration de Mars, actuellement en cours, mais qui, jusqu’à présent, ne nous a pas révélé grand-chose et, de toute façon, là aussi on repousse le problème.

 
     Il existe dans le reste du système solaire des planètes – notamment certains satellites des géantes gazeuses – qui ont été proposées. Encelade, par exemple, un satellite de Saturne, sur lequel les scientifiques ont cru déceler des geysers d’eau liquide et quelques composés organiques, ou Titan, une autre lune de Saturne. Ailleurs, c’est Europe, satellite de Jupiter, qui est appelé à la rescousse car on soupçonne que cette planète recèle peut-être un océan d’eau salée… mais recouvert d’une couche de glace de 100 km d’épaisseur ! Bref, on cherche.

 

  

     Au bout du compte, quand on souhaite comprendre l’origine de la Vie, on s'aperçoit que la science actuelle suit des pistes sérieuses. Il est probable que l’apparition des premières cellules, puis leur réplication, a dû se faire – à certaines possibles nuances près – comme cela vient d’être sommairement décrit dans ce sujet. Il paraît par contre plus malaisé de savoir avec certitude si cette première manifestation de la Vie s’est effectivement faite sur Terre et si oui, dans quel milieu plus spécifique. Peut-être, d’ailleurs, cette certitude nous échappera-t-elle toujours mais une chose semble certaine à mes yeux : compte-tenu du nombre incroyable de planètes existant dans l’Univers (il y en a des milliards de milliards, dans notre Galaxie et ailleurs), il semble évident à tout homme de bonne foi comprenant les statistiques les plus élémentaires que cette « émergence » du vivant que l’on commence à peine à comprendre s’est forcément déjà produite ailleurs. Et se produira encore. C’est la raison qui le veut.
 

 

 
 

 Images

 
1. la création d’Adam, Michel Ange, chapelle Sixtine
(sources : : www.svt.ac-versailles.fr/)
2. Louis Pasteur (sources : fr.wikivisual.com)
3. expérience de Stanley Miller (sources : : planete-terre.tripod.com/)
4. la double hélice d'ADN (sources : www.ogm.gouv.qc.ca)

5. un "fumeur noir" (sources : www.ifremer.fr)

6. ciel lointain (sources : irfu.cea.fr)

(Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)

 

 

 Brêve : l'ARN peut s'aurorépliquer

 

     Des chercheurs de l'Institut Scripps Research en Californie ont réussi à répliquer de l'ARN sans l'aide de protéines. Ils ont associé deux ARN dont chacun assure la réplication de l'autre. Le système s'autoréplique ainsi indéfiniment à l'identique. Avec parfois des erreurs, sources de mutations et donc de diversité, comme avec l'ADN. Voilà qui renforce l'hypothèse que les prémisses de la vie reposent sur des ARN jouant tous les rôles nécessaires à la vie.

(Science & Vie, 1098, mars 2009)

  

 

 Mots-clés :  Aristote - génération spontanée - Pasteur - Darwin - John Haldane - Alexandre Oparine - Stanley Miller - ADN - double hélice - ARN - stromatolithes - fumeurs noirs - cellule procaryote - cellule eucaryote - mitochondrie - sources hydrothermales - panspermie

  (les mots en blanc renvoient à des sites d'informations complémentaires)

 

 

 Sujets apparentés sur le blog :

 

1. les mécanismes de l'Evolution

2. Vie extraterrestre (2)

3. pour une définition de la Vie

4. le rythme de l'évolution des espèces

5. le hasard au centre de la Vie

6. origine du système solaire

 

 

 

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des milliards de galaxies, des milliards de milliards de planètes...

 

 

Mise à jour : 10 avril 2013

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27 février 2009 5 27 /02 /février /2009 11:58

 

 

 

 

 

 


     Au début, il n’y avait rien. Ou quelque chose. S’il n’y avait rien, comment l’Univers s’est-il constitué ? S’il y avait quelque chose, d’où cela pouvait-il venir ? Voilà quelques unes des questions fondamentales sur la matière que se sont de tout temps posé les hommes. Il n’est pas encore possible pour la Science de répondre à ces interrogations mais elle peut aujourd’hui apporter un éclairage sur l’origine de notre propre univers (qui n’est peut-être qu’un parmi d’autres) et ce n’est déjà pas si mal.

 

 

 

 
Deux univers possibles

 


     Dans un précédent sujet (voir article les galaxies), j’évoquais le fait que du temps de mon enfance la communauté scientifique hésitait encore entre deux types d’univers :


                • l’univers dit stationnaire, notamment défendu par l’éminent astronome Fred Hoyle, dans lequel des étoiles se créent approximativement en quantité identique à celles qui meurent : un univers finalement sans véritable début ni fin,


                • et un univers marqué par un point de départ, à savoir un « noyau » initial à partir duquel, par un phénomène d’expansion, étoiles et galaxies se sont créées. Ce modèle était défendu entre autres par Alexandre Friedmann et l’abbé Lemaître (qui l’évoquèrent les premiers) et Edwin Hubble.

 
     De nos jours, il n’y a plus guère de doute et le deuxième modèle, celui du Big Bang, fait la quasi-unanimité de la communauté scientifique. Il faut dire que deux éléments ont entretemps été mis en évidence : d’abord, il y a eu la découverte de l’expansion de l’univers par Hubble puis celle du fonds diffus cosmologique par Penzias et Wilson (voir article fond diffus cosmologique). Ajoutons que, récemment, on a pu mettre en évidence que non seulement il y a expansion mais que celle-ci s’accélère. Essayons d’en dire un peu plus.
 

 

 

  
Le « Big Bang »

 

 
     Fred Hoyle (vous vous rappelez, c’était l’opposant à la théorie du noyau originel) s’esclaffait à l’idée qu’un « truc » hyperdense et hyperconcentré ait pu donner naissance à l’univers tout entier et, un jour, à la radio, pour tourner en dérision ce concept qu’il jugeait grotesque, il lui donna le nom de « Big Bang ». Cette appellation ironique ayant été reprise par l’usage courant, ce fut en quelque sorte sa contribution à la théorie qu’il détestait. Mais que dit-elle au juste, cette théorie ? Revenons sur les principales étapes de la formation de notre univers, il y a environ 13,7 milliards d’années.

 
     En fait, tout s’est joué au cours de la première seconde comme nous allons le voir. Ensuite… Ensuite, l’histoire a suivi son cours. Toutefois, ce qu’il faut bien comprendre, c’est que, au tout début, les principes de la physique ne peuvent pas s’appliquer (puisqu’ils sont en rapport avec l’Univers d’aujourd’hui qui est bien différent) : il est donc impossible pour les chercheurs actuels de trouver les équations qui décrivent ce point de départ et encore moins possible de le modéliser, même partiellement. Revenons sur le début de l’histoire et essayons de comprendre ce qu’il en découle.

 
     On évoque donc un « début » mais on ne sait évidemment pas ce qu’il y avait avant : rien du tout ? Un autre univers qu’il nous est bien difficile d’imaginer ? Un univers comme celui dans lequel nous vivons mais qui en serait arrivé à son stade ultime de contraction dans ce que l’on appelle un Big Crunch ? Ces questions ont été abordées dans un sujet spécifique : "avant le Big bang". Néanmoins, il est pour l'instant impossible de répondre à cette interrogation et il est assez probable que cette connaissance restera pour toujours hors de notre portée… Il y a toutefois une chose que nous pouvons aujourd'hui affirmer : « autour » de ce noyau originel, il n’y avait rien : ni espace, ni temps. C’est d’ailleurs la raison pour laquelle on n’a pas le droit de parler « d’explosion » (le terme Big Bang est d’une certaine manière impropre) qui ne peut se produire que « dans quelque chose » : l’Univers, lui, s’est créé au fur et à mesure de son expansion…

 
     De fait, si expansion il y a (et tout le donne à penser), il faut bien convenir que le point de départ est forcément infiniment plus petit que l’Univers actuel et que, d’autre part, puisque aucune nouvelle matière ne peut se créer, il contenait déjà toute la matière : c’est l’un des points qui contrariait tant Fred Hoyle. Sous quelle forme était-elle cette matière ? La théorie du Big Bang en donne une idée qui, outre les preuves visibles déjà évoquées, permet l’utilisation relativement crédible des équations (hormis le point originel).

 

 

 

Les principales phases de la théorie du Big Bang

 

 

 
          • avant

 
     L’espace, le temps, l’énergie et la lumière sont fusionnés et il n’existe qu’une seule force unique, appelée la supergravité. C’est un moment de l’histoire de l’Univers que l’on appelle « l’ère de Planck », ainsi nommée d’après le physicien allemand qui, le premier, lui donna un rôle central dans la mécanique quantique.

 

 
          • 10-43 seconde : le temps de Planck

 
     L’incroyable température du début décroissant, la gravité est la première des quatre forces (voir le sujet : constituants de la matière) à se séparer de la supergravité. Du coup, les trois autres forces (interaction électromagnétique, forces nucléaires forte et faible) constituent ce que l’on appelle la force électronucléaire.

 

 
          • 10-35 seconde : l’inflation

 
     Une des trois forces associées du temps précédent, la force nucléaire forte, se sépare à son tour des autres et
devient indépendante : c’est le temps de l’inflation, c'est-à-dire d’une dilatation prodigieuse et violente de l’espace dans toutes les directions ce qui, au demeurant, explique l’homogénéité de l’Univers tel qu’il nous apparaît lorsqu’on le regarde quel que soit le point d’observation. Cette inflation – ou brutale expansion – s’est produite en un temps si court qu’il ne compte pas par rapport à la durée de vie actuelle de l’Univers et on trouve ici l’explication de ce paradoxe déjà évoqué : si l’univers a 13,7 milliards d’années, comment se fait-il qu’il soit si homogène dans toutes les directions (ce qui traduit une origine commune) car, du coup, il devrait avoir 27 milliards d’années environ (13,7 x 2) ? Eh bien, non, « l’inflation » est là pour expliquer cette apparente anomalie (que l’on nomme « problème de l’horizon »).

 

 
          • 10-11 seconde : indépendance des quatre forces

 
     Les deux dernières forces de l’Univers encore soudées, la force électromagnétique et la force nucléaire faible, se séparent. Nous nous trouvons alors en présence d’une répartition des forces universelles fondamentales qui subsiste toujours aujourd’hui. L’histoire de la formation proprement dite de l’Univers actuel peut commencer.

 

 
          • 1/100 000 de seconde : formation des quarks

 
     Les quarks – on l’a vu dans un sujet précédent sur les constituants de la matière - sont les « briques » élémentaires permettant la constitution des atomes puisque composant les protons et les neutrons.

 

 
          • Une seconde : la matière prédomine

 
     Il existe théoriquement presque autant de matière que d’antimatière et, de ce fait, particules et antiparticules se détruisent mutuellement dans un grand maelstrom d’énergie pure. Toutefois, nous le savons bien, notre Univers actuel est composé de matière : on suppose qu’il y en avait un léger excès ce qui explique la disparition complète de l’antimatière, notre Univers actuel étant en somme issu de cet excès de matière « normale ». Il n’en reste pas moins que cette question du rapport matière-antimatière est assez mystérieuse et, il faut bien le dire, nous n’avons pas d’explication réelle sur la question, une question dont la résolution reste certainement comme un des défis de la physique moderne.

 

 
          • Les trois premières minutes : la formation des atomes

 
     Les premiers atomes apparaissent et, évidemment, ce sont des atomes dits « légers », c'est-à-dire simples comme l’hydrogène puis l’hélium. Les autres ne viendront qu’ensuite. D’ailleurs, si l’on regarde la composition de l’Univers, on se rend compte que ces atomes légers sont – et de loin – les plus nombreux : environ 73% d’hydrogène et 25% d’hélium… Rappelons néanmoins que cette matière « visible » ne représente qu’à peu près 5% de toute la matière de l’univers, les reste étant représenté par la matière noire et l’énergie sombre dont nous ne savons rien (voir sujet matière noire et énergie sombre).

 

 
          • 300 000 ans (environ) : l’ère de la transparence

 
     La température du magma initial ayant considérablement baissée, il est possible pour les électrons (négatifs) de se lier aux noyaux atomiques (positifs) et donc d’aboutir à des structures électriquement neutres représentées par les atomes. Par voie de conséquence, la lumière peut commencer à se propager puisque la matière devient transparente. Vers 3000°, un flash énorme est émis et c’est lui (ou plutôt ses restes) qui donne le rayonnement cosmologique, le fameux fonds diffus cosmologique mis en évidence par Penzias et Wilson. Le rayonnement cosmologique a donné ses lettres de noblesse à la théorie de Big Bang, seule capable de l’expliquer. Ajoutons que ce rayonnement dit « fossile » est perceptible depuis la Terre dans toutes les directions et qu’il est extraordinairement homogène. Totalement et complètement homogène ? Pas tout à fait puisque quelques irrégularités – des fluctuations – ont pu être mises en évidence en son sein par nos satellites d’observation et c’est tant mieux : ce sont ces irrégularités qui expliquent la formation des galaxies…

 

 
          • Naissance des galaxies

 
     Les prémices des galaxies apparaissent sous la forme d’immenses filaments de gaz dont la condensation à certains endroits permet la
formation des étoiles qui se regroupent en amas constituant progressivement les galaxies telles que nous les connaissons aujourd’hui (et ce en raison des forces gravitationnelles). Précisons une fois encore que, plus nous regardons loin, plus nous voyons dans le passé : on trouve ici l’explication selon laquelle les galaxies visibles le plus lointaines sont également les plus actives. En réalité, ces images appartiennent à un temps révolu et il est certain que ces mêmes galaxies sont aujourd’hui beaucoup moins actives mais, évidemment, leur aspect actuel ne nous parviendra que dans des millions d’années : leur éloignement est en effet considérable (et de plus en plus puisqu’elles s’éloignent de la nôtre en raison de l’expansion) or leur lumière ne peut circuler qu’à environ 300 000 km par seconde. A titre d’exemple, la seule galaxie dont nous percevons véritablement l’état actuel, la Voie lactée, notre galaxie, ne crée plus que quelques étoiles chaque année.

 

 

 

 
La recherche de la théorie du tout

 

  


     Voilà résumée en quelques lignes la théorie du Big Bang et ce que nous soupçonnons de la formation de notre univers. Est-ce à dire que nous avons tout compris ? A l’évidence non : il reste bien des éléments à éclaircir mais notre connaissance des lois de la physique ne nous permet pas pour le moment d’aller plus loin. Il nous manque les outils nécessaires, c'est-à-dire une physique plus complète qui permettrait de réintégrer la gravité universelle dans la mécanique quantique ce qui n’est pas encore le cas. L’unification de la théorie de la relativité générale d’Einstein (qui décrit l’univers macroscopique) et de la mécanique quantique (qui décrit les phénomènes à l’échelle atomique) s’appelle la « théorie du tout » qui n’existe pas encore : seule cette unification permettra aux scientifiques de mieux interpréter la théorie du Big Bang. Il reste donc encore beaucoup à faire.

 

 

 
Sources :
     • Dossier SagaSciences (http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosbig/decouv/decouv.htm)
     • Wikipedia France
     • Encyclopaedia Universalis
     • Encyclopaedia Britannica



Images :

 
     1. Le Big Bang (sources : library.thinkquest.org/.../AstroNet/ANphoto.htm)
     2. fonds diffus cosmologique par le satellite COBE (sources : http://fr.wikipedia.org/wiki/Portail:Cosmologie/Image_du_mois%3D11)
     3. l'inflation (sources : astronomia.fr)

     4. où est passée l'antimatière ? (sources : chocobehen.wordpress.com)

     5. galaxies (sources : irfu.cea.fr/.../Ast/ast_visu.php?id_ast=2533)

(Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)



Mots-clés : univers stationnaire, Fred Hoyle, Big Bang, expansion de l'univers, fond diffus cosmologique, ère de Planck, inflation, antimatière, quarks, matière noire, énergie sombre, théorie du Tout

 (les mots en blanc renvoient à des sites d'informations complémentaires)

 

 

 

Sujets apparentés sur le blog :

 

1. fonds diffus cosmologique

2. matière noire et énergie sombre

3. les galaxies

4. les constituants de la matière

5. les premières galaxies

6. juste après le Big bang

7. la théorie des cordes ou l'Univers repensé

8. les étoiles primordiales

9. avant le Big bang

10. l'expansion de l'Univers

 

 

 

 

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 Mise à jour : 9 avril 2013

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11 février 2009 3 11 /02 /février /2009 14:42

 

 

 

 

 

 

 

 

     Lorsqu’on se penche sur la reproduction sexuée des animaux (et donc de l’Homme), il semble qu’on soit confronté à un paradoxe dès lors que l’on veut intégrer celle-ci dans le grand mécanisme de l’évolution. Voyons cela de plus près.

 
     Pour faire simple disons que la théorie de l’évolution explique la survie des espèces par la sélection naturelle. Cela veut dire que, parmi tous les animaux faisant partie d’un écosystème, seuls les plus aptes seront sélectionnés et donc susceptibles d’avoir la descendance la plus nombreuse. En effet, puisqu’il apparaît de temps à autre des modifications chez certains individus (par exemple par mutation génétique), s’il s’avère qu’une de ces modifications est favorable à l’espèce, qu’elle apporte un plus, l’individu qui en est porteur sera sélectionné, sa descendance se développant au point de supplanter les autres individus moins performants. Cette sélection strictement naturelle explique l’évolution des espèces durant les âges géologiques (qui sont très longs) et, à terme, la disparition de certaines espèces moins bien adaptées, par exemple à l’occasion d’une modification sensible du milieu.

 
     Or la reproduction sexuée, dans une très grande majorité des cas, a entre autres recours à une parade nuptiale précédant l’accouplement (la formation des couples dans le but de procréer est appelé pariade); il s’agit là d’un comportement qui, dans le but d’attirer l’attention de la femelle (rarement l’inverse), met le mâle en grand danger puisqu’il devient également susceptible d’attirer l’attention des prédateurs de l’espèce… Dès lors, ne pourrait-on pas penser que cette attitude inhabituelle, d’autant plus visible que le sujet est performant, va à l’encontre de la théorie de l’évolution ? Cette mise en danger n’est-elle pas en définitive contradictoire avec la sélection naturelle ? On va voir que, bien au contraire, la pariade se situe parfaitement dans l’approche darwinienne et qu’elle en est même un des pivots les plus solides.

 

 

 
la pariade


     En forgeant sa théorie il y a plus de 150 ans, Darwin s’était longuement interrogé sur la persistance d’un mécanisme qui, à première vue, aurait dû disparaître – car apparemment mal adapté - sous l’influence de la sélection naturelle. Mais, au juste, de quoi s’agit-il ?

 
     Afin de permettre l’accouplement, les mâles (mais c’est le contraire chez les insectes et les arachnides) peuvent se parer d’ornements extraordinairement voyants (des caractères sexuels dits secondaires) tandis qu’ils recourent à un comportement au cours duquel ils paraissent « oublier » leurs habituelles précautions de sécurité. On peut, par exemple, citer l’exemple célèbre du paon qui s’agrémente d’une imposante traîne (il fait alors « la roue ») particulièrement handicapante s’il devait fuir un quelconque prédateur ou bien encore la cigale qui, par son craquètement, révèle à tous son emplacement. Ailleurs, certains oiseaux arborent des couleurs presque criardes (comme également certains poissons), couleurs qui les rendent visibles à de grandes distances. Chez les mammifères, on retrouve cette même caractéristique : les cerfs, par exemple, voient leurs bois se développer de façon parfois presque incapacitante. D’une manière plus générale, il existe presque toujours une différence de taille entre les individus de sexes opposés (les mâles sont souvent plus imposants chez les mammifères) et on parle alors de dimorphisme (l’autre orthographe, « dysmorphisme » étant également acceptée par l’usage bien que, stricto sensu, impropre). Au-delà de cette apparence donnant une impression de « mauvaise adaptation » au milieu, il existe toute une série de comportements instinctuels et de manèges rituels qui font que la période des amours, chez beaucoup d’espèces, rend les sujets très vulnérables. Il faut alors bien convenir que cette apparente inadaptation, si elle a perduré au fil du temps, doit apporter quelque chose aux espèces qui en sont dotées, c'est-à-dire la grande majorité.

 

 

la sélection sexuelle

 
     Il s’agit en réalité d’une forme très particulière de la sélection naturelle qui n’existe, évidemment, qu’à la condition que les deux sexes de l’espèce soient parfaitement distincts. A la différence de la sélection naturelle, plus générale, la sélection sexuelle ne met pas en jeu la survie de l’individu puisque, même en cas d’échec, ce dernier aura le plus souvent les moyens de survivre. Le but en est la sélection par les femelles (ou l’inverse chez certains insectes) du mâle le plus performant, c'est-à-dire celui capable d’avoir le plus grand nombre de descendants les plus résistants possibles : cette notion de « pression évolutive » par les femelles a d’ailleurs eu bien du mal à être acceptée et ce n’est que depuis les années 1970 qu’elle n’est plus réellement discutée.

 
     On décrit deux mécanismes distincts de sélection sexuelle : la compétition entre les mâles pour que le plus fort soit choisi pour la reproduction (c’est la sélection intrasexuelle) et la sélection par les femelles des mâles avec lesquels elles choisissent de copuler (c’est la sélection intersexuelle) ; la première explique les combats entre les cerfs ou les lions mâles tandis que la deuxième correspond à la queue du paon ou aux attributs dits « virils » des primates supérieurs (il s’agit évidemment d’exemples pris parmi des milliers d’autres).

 
     Pour bien saisir les raisons de ces mécanismes, il faut comprendre que la transmission de ses gènes pour un individu est encore plus importante que sa propre survie. Nous autres humains sommes volontiers individualistes et nous avons du mal à percevoir que dans la Nature (voir sujet : indifférence de la nature) l’individu ne compte pas (ou si peu) et que c’est la survie et la transformation de l’espèce à laquelle il appartient qui importe : la pérennisation de l’espèce passe avant tout par les gènes et non par les individus qui n’en sont, en quelque sorte, que les dépositaires provisoires. On saisit alors mieux pourquoi ce sont les sujets les plus jeunes, les plus vigoureux – j’oserais dire les mieux adaptés – qui ont le plus de chance de transmettre leur patrimoine génétique.

 
     Voilà la raison pour laquelle le dimorphisme ou les parades prénuptiales ritualisées sont d’une importance capitale pour la majorité des animaux, même au risque que les intervenants soient mis en péril : souvent, d’ailleurs, certains prédateurs profitent de cette période si spéciale qui précède l’accouplement de leurs victimes pour frapper plus aisément. Cela n’a, au fond, guère d’importance pour la sélection naturelle puisque les quelques individus perdus sont largement compensés par la sélection et la transmission de gènes (et donc d’une descendance) plus performants. Au-delà de la description brute des faits, il subsiste néanmoins une question : quel peut bien être le support – le support biologique – d’une telle adaptation ? Ou, dit autrement, existe-t-il un dispositif biologique ayant permis à l’évolution de se diriger dans cette direction si particulière ?

 

 

l'apport d’une mouche


     Comme souvent en biologie de l’évolution, ce n’est pas l’étude de la faune animale dans son habitat naturel qui a apporté une réponse mais l’étude d’un petit animal de laboratoire, déjà célèbre pour avoir permis des avancées décisives en génétique : la mouche drosophila melanogaster, plus connue sous le nom de « mouche à vinaigre ». Cet insecte est depuis toujours particulièrement étudié par les biologistes car il allie le double avantage d’être facile à élever en laboratoire et de se reproduire très rapidement au point que, en quelques semaines, il est possible d’en obtenir des générations entières.

 
     Comme l’indique son nom, la drosophile possède un ventre noir ou, pour être plus précis, les mâles de cette espèce possèdent cette caractéristique de pigmentation sur les deux derniers segments de leurs abdomens. Evidemment, ce n’est pas aussi spectaculaire que la roue du paon mais, là aussi, il s’agit indéniablement d’un caractère sexuel secondaire. D’ailleurs, les femelles drosophiles ne s’y trompent pas…

 
     Depuis longtemps, on sait que cette pigmentation résulte d’un gène, appelé gène « bric-à-brac », dont l’activation supprime la coloration abdominale noire. On peut présenter cela autrement : ce gène est actif partout sur la femelle et partiellement sur le mâle (uniquement sur la partie antérieure de son abdomen). Alors, me direz-vous, pourquoi cette différence ? C’est là qu’une découverte récente présente un intérêt fondamental : on a pu mettre en évidence l’action d’un facteur de transcription (voir glossaire), appelé « doublesex », agissant sur le gène bric-à-brac. Ce facteur doublesex est une protéine qui active normalement le gène sauf dans la partie postérieure de l’abdomen du mâle car il diffère de celui de la femelle par quelques minuscules acides aminés… Ce sont donc de toutes petites variations dans la régulation des gènes qui explique les différences morphologiques parfois conséquentes entre les sexes. Mieux encore : on a pu se rendre compte que chez les ancêtres de la drosophile, l’abdomen n’était pas coloré ce qui laisse supposer que, avec le temps, ce caractère a été sélectionné par l’évolution et notamment la sélection sexuelle. Un individu drosophile a, un jour, au cours d’une très légère mutation, présenté le caractère « ventre noir » et ce caractère ayant attiré l’attention des femelles, ce mâle porteur de la différence a pu multiplier sa descendance jusqu’à éclipser les non-porteurs.

 

 

 
l’évolution, encore et toujours


     La Nature n’invente que rarement du neuf car, pour des raisons évidentes d’économie, il est plus facile de « faire avec du vieux ». C’est la raison pour laquelle elle a souvent recours à des « bricolages ». Ainsi, des variations parfois infimes apparaissent, variations le plus souvent en rapport avec des mutations qui, selon le milieu qui lui aussi se transforme, seront ou non retenues dans la grande machinerie de l’évolution. Bien sûr, cela ne se fait pas en un an, ni en mille, mais au long de dizaines de milliers de siècles : n’oublions jamais que au moins trois milliards et demi d’années nous séparent du début de l’émergence de la Vie sur Terre. Cela en fait des générations d’êtres et d’espèces aujourd’hui disparus ! L’Homme est un animal récent si l’on juge à l’aune de ces chiffres. C’est encore plus récemment qu’il a commencé à transformer le monde dans lequel il vit. D’une certaine manière, il est admirable que les civilisations humaines puissent se développer aussi vite mais il existe un écueil : le monde biologique se transforme beaucoup, beaucoup plus lentement. Il ne faudrait pas que ce qui fait la force immense de nos civilisations les conduisent prématurément à leur perte.
 

 


Glossaire


Facteur de transcription : dans la cellule, ce sont des protéines qui agissent sur l’expression des gènes. Elles peuvent se lier à l’ADN pour y déclencher cette expression ; elles peuvent aussi se lier à d’autres facteurs de transcription et réguler ainsi l’expression des gènes. Certains facteurs de transcription entrent en action après s’être eux-mêmes liés à des substances provenant de l’extérieur de la cellule (des hormones, par exemple). Leurs interactions complexes sont un aspect essentiel de la vie cellulaire. (Sources : Science & Vie, décembre 2008, n°1095, 107).
 

 


Images
1. combat de cerfs (sources : francois.ribeaudeau.org)
2. paon faisant la roue (sources : fond-ecran-image.com)
3. parade nuptiale de grèbes hubbés (sources : synellkox.spaces.live.com)
4. drosophila melanogaster (sources : pagesperso-orange.fr)
5. tête de drosophile (sources : membres.lycos.fr/doublemouche)

(Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)

 

 


Mots-clés : évolution, sélection naturelle, sélection sexuelle, reproduction sexuée, pariade, parade sexuelle, caractères sexuels secondaires, dimorphisme, Darwin, gènes, drosophile, drosophila melanogaster, facteur de transcription

 (les mots en blanc renvoient à des sites d'informations complémentaires)

 

 

 

 

 Sujets apparentés sur le blog :

 

1.les mécanismes de l'Evolution

2.l'agression

3.indifférence de la Nature

4. insectes sociaux et comportements altruistes

5. le rythme de l'évolution des espèces

6. comportements animaux et Evolution

7. l'inné et l'acquis chez l'animal

 

 

 

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Mise à jour : 20 avril 2016

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26 janvier 2009 1 26 /01 /janvier /2009 17:37

 

 

 

 

   

 

 

 

     La paléontologie est, on le sait, l’étude du passé de notre planète, un passé qui remonte à environ 4,5 milliards d’années. Elle s’appuie évidemment sur l’étude des fossiles et c’est ce que l’on appelle alors la paléontologie systématique, c'est-à-dire la recherche par études comparatives des liens de parenté existant entre les espèces vivantes et disparues. Il existe aussi une autre approche paléontologique, dite fondamentale, qui s’intéresse quant à elle à l’évolution générale au cours des temps géologiques. Quoi qu’il en soit, la paléontologie est une science – j’allais dire une démarche scientifique – essentielle car connaître son passé est primordial puisque permettant de se situer dans le cours du temps, de se repérer dans l’histoire de la planète à laquelle nous appartenons.

 
     Le temps, néanmoins, s’écoule de manière inexorable et il paraît intéressant de se demander ce que nos lointains descendants, mettons dans 100 000 ans, comprendront de ce qui est notre présent qu’ils étudieront à l’aide de leur paléontologie de ce temps-là. Or il est important de bien saisir que nous ne leur léguerons pas seulement un monde statique, plus ou moins interprétable, mais également nombre de modifications de notre milieu et de dangers potentiels : notre époque moderne est en effet différente des précédentes car l’Homme d’aujourd’hui est le premier être vivant à avoir sensiblement et durablement transformé son habitat.

 
     Nul ne peut vraiment prévoir ce que sera l’avenir à moyen et long terme. Qu’adviendra-t-il des civilisations actuelles ? Jusqu’à quel point celles-ci vont-elles vraiment se transformer ? Subsisteront-elles seulement ? Quel héritage laisserons-nous ?

 
     On parle beaucoup du réchauffement de la planète, de l’épuisement des énergies fossiles, de la conquête de l’espace, etc. mais, sans aller aussi loin, pour évoquer les problèmes qui se poseront à la paléontologie des temps futurs, prenons un exemple, celui de la gestion du stockage de nos déchets nucléaires et donc de l’information qui va avec.

 

 

 


le problème de l’énergie nucléaire

 

 
     Comme le prouve, en ces temps de réchauffement climatique, le nombre de plus en plus important de centrales en construction de par le monde, la fission nucléaire est, qu’on le veuille ou non, une des principales sources d’énergie de l’avenir (même après le raz-de-marée japonais). Il ne s’agit donc pas dans ce propos de légitimer ou non cette démarche mais d’aborder le problème difficile du stockage des déchets radioactifs qui seront à l’avenir de plus en plus abondants. La difficulté principale du problème est la demi-vie de ces substances frisant parfois le million d’années… La mémoire même entretenue par les institutions est comparativement brève, très brève : environ 500 ans selon les études les plus récentes. Dès lors, comment prévenir les générations à venir de l’endroit de ces lieux de stockage puisque l’on sait combien cette mémoire, fut-elle collective, est terriblement oublieuse ?

 
     De très nombreux scientifiques planchent sur cette question qui est emblématique de notre volonté (?) de transmettre de la façon la plus élégante possible nos problèmes d’aujourd’hui aux générations à venir. Depuis 1999, les Américains ont, par exemple, développé un projet de ce genre, le WIPP.

 

 

 


l’exemple du WIPP

 


     WIPP veut dire Waste Isolation Pilot Plant, c'est-à-dire un programme d’enfouissement des déchets toxiques qui s’accumulent depuis la fabrication de la première bombe atomique en 1942. C’est dans une ancienne mine de sel de l’état américain du Nouveau-Mexique, vers 800 mètres de profondeur, dans des strates remontant au Permien, qu’on a décidé de stocker tout un fatras d’objets hétéroclites fortement contaminés comme les machines, les combinaisons de techniciens, les outils, les fûts et récipients, les combustibles irradiés, etc. provenant de cette époque (le projet Manhattan) et de celles qui suivirent. Les radiations émises par ces objets sont évidemment mortelles pour ceux qui les côtoient d’un peu trop près… et le resteront durant des dizaines de milliers d’années. D’où l’idée d’entreposer ces matières dangereuses dans un site loin de toute vie humaine, une entreprise qui, selon les spécialistes, pourrait durer jusqu’en 2040, date où l’on procédera au rebouchage définitif du site qui sera alors protégé du monde extérieur par sa matrice de sel.

 

     Précisons qu’il s’agit là d’une opération exemplaire mais que toutes les puissances nucléaires du globe sont confrontées aux mêmes incertitudes. Car il existe une difficulté et de taille : comment prévenir les habitants du futur ?

 

 

 

 

prévenir le futur

 


     En comptant large, notre civilisation n’a pas encore atteint les dix mille ans. Pourtant que reste-t-il comme témoignages des premiers temps de notre époque actuelle ? Stonehenge dont on se perd encore en conjectures sur l’exacte signification ? Les pyramides d’Egypte si longtemps incomprises ? La grande muraille de Chine ? Quoi d’autre ? Imaginons à présent ce qui restera de nous dans 10 000 ans, dans 100 000 ans… Certains rétorqueront que notre monde a pris son essor avec la révolution industrielle et que rien ne pouvant plus l’arrêter, la transmission de la connaissance sera facile. Personnellement, j’en doute fortement. D’abord, il n’est pas dit que notre civilisation ne s’éteindra pas d’elle-même assez prochainement au cours d’une guerre apocalyptique voire d’une pandémie initiée par la folie des hommes. Et quand bien même ? Sait-on les guerres, les révolutions, les destructions, les cataclysmes plus ou moins provoqués qui risquent de se produire à plus ou moins court terme ? Or rappelons-nous, nous parlons là d’événements susceptibles de se produire dans les siècles à venir (je suis optimiste) alors que nous cherchons à prévenir des dangers physiques s’étendant sur des centaines de milliers d’années. Problème.

 

 

 

  
la réponse du WIPP

 


     Comment protéger le site ? La première option étudiée par les scientifiques américains fut… de ne rien faire du tout. Ils suggérèrent d’abandonner le lieu en l’état, la Nature se chargeant de faire oublier le projet qui, dès lors, demeurerait hors de portée des curiosités de surface puisque devenu invisible. Invisible vraiment ? Peut-être pas pour les scientifiques de l’avenir dont les outils vraisemblablement performants risqueraient de trouver une quelconque anomalie les poussant à explorer… sans aucune mise en garde. Exit cette première option.

 
     En définitive, on décida au contraire de tout faire pour que les visiteurs du futur comprennent que s’élève à cet endroit un édifice humain. Il fut donc décidé d’entreprendre la construction d’un vaste tumulus artificiel incrusté d’aimants et de 128 réflecteurs radars, le tout destiné à créer une anomalie magnétique facilement discernable. S’y ajoutent (ou s’y ajouteront) d’immenses piliers en granit (près d’une cinquantaine) de plusieurs dizaines de tonnes sur lesquels seront gravés des pictogrammes facilement compréhensibles comme, par exemple, des visages humains apeurés ou visiblement malades, tandis que des disques d’argile et d’aluminium seront enfouis au hasard dans toute la surface du site, disques reprenant les mêmes avertissements. On ajoutera sur chaque pilier des messages dans les six langues officielles des Nations-Unies (anglais, français, russe, espagnol, arabe et chinois) qui reprendront avec plus de détails les mêmes explications. Mais ce n’est pas tout : trois salles semblables mentionneront les risques de mort (deux enfouies, une à ciel ouvert) de façon à être à l’abri des ravages du temps et des éventuels profanateurs. Bref, on a vu les choses en grand. Cela suffira-t-il ? Durant quelques siècles, probablement, mais après ?

 

 

 


d’autres solutions ?

 


     Quelle pourrait être une solution susceptible de durer pendant des millénaires ? Les idées sont nombreuses mais encore faut-il qu’elles soient réalisables. Le WIPP a donc organisé une sorte de bourse aux idées sur la question et les réponses furent multiples, certaines d’entre elles assez originales. C’est ainsi qu’on a proposé – entre autres – de construire à la surface du lieu de stockage une sorte de volcan artificiel en activité constante ou une forêt de geysers. Ailleurs, on a suggéré la construction d’une gigantesque éolienne de pierre produisant un son désagréable susceptible de décourager et d’éloigner d’éventuels promeneurs ou bien encore une grande surface de pavés noirs rendant la chaleur insupportable en plein désert. Avant de choisir la solution évoquée plus haut, l’idée qui avait le vent en poupe était la plantation sur le site de yuccas génétiquement modifiés, arborant un bleu vif, de façon à suggérer des risques de mutation. Comme on peut le voir, les idées ne manquèrent pas mais elles se heurtent toujours au même problème : comment informer de la façon la plus précise possible de manière pérenne ? Comment faire comprendre qu’il y a danger à creuser sans que les habitants du futur ne pensent, au contraire, que tout ceci ne cherche qu’à dissimuler un fabuleux trésor ?

 

 

 

 
la réponse des Français

 


     L’Agence Nationale pour la gestion des Déchets RAdioactifs (ANDRA) et l’Agence pour l’Energie Nucléaire (de l’OCDE) se sont évidemment penchées sur le problème. Mais ici, pas de désert mais des communes françaises (ou européennes), donc une région tempérée. Les réflexions s’orientèrent plutôt vers l’intégration d’un éventuel bâtiment dans le tissu social des populations afin que celles-ci se l’approprient et en assurent l’entretien au cours des siècles. Il s’agirait d’un monument remarquable abritant, par exemple, des documents en papier imputrescible (les supports numériques actuels seront rapidement obsolètes… et donc également leurs outils de lecture), documents sur lesquels seront portés des informations, non pas trop alarmistes risquant d’éveiller la curiosité, mais réelles et sans exagération (Je suppose qu’on a ici voulu tenir compte de l’absence complète d’efficacité des messages cherchant à inspirer la terreur comme ceux que les anciens Egyptiens firent figurer à l’entrée des tombes de la vallée des Rois avec le succès que l’on sait). Une information objective, donc, mais sous quelle forme et dans quelle langue ? Car quel passant de 2013 comprend encore le latin ancien, voire même le français de François Villon ? Il s’agit donc ici, à l’évidence, d’une solution ne pouvant agir que sur les quelques siècles à venir…

 

 

 

 

 

existe-t-il une solution permanente ?

 


     Rien n’est éternel en ce bas monde. Plus on s’éloigne de notre époque actuelle, plus les prévisions risquent d’être prises en défaut, parfois même sur de courtes périodes : je relisais récemment quelques livres de science-fiction des années cinquante ; on y évoquait, pour l’an 2000, la conquête du système solaire par des sociétés incroyablement civilisées dominées par la Science où des populations remarquablement informées par une éducation collective parfaite cheminaient vers le bonheur absolu ! Mais jamais – et pour cause ! – la moindre allusion à un ordinateur or, aujourd’hui, comment imaginer notre monde sans l’informatique ?


     Comprendre sans trop se tromper le monde du futur me semble assez impossible. Pourtant, ce monde là, nous devons bien l’informer des scories que nous lui transmettrons. Les civilisations sont en définitive assez égoïstes. Lorsque l’industrie nucléaire aura été oubliée suite à l’épuisement des combustibles naturels (à moins que la conquête spatiale ?), comment sera alors perçu le stockage de ses déchets ? C’est une question ennuyeuse et, pourtant, ce problème, pour exemplaire qu’il soit, n’est certainement pas le seul danger que nous laisserons derrière nous et probablement pas le pire. Si, dans cent mille ans, il existe encore sur Terre une civilisation, elle sera bien différente de la nôtre. Que pouvons-nous pour elle ? Comment faire pour éviter de faire courir de graves dangers aux gens de ce temps-là ? Comment donner les moyens de nous comprendre à ces paléontologues du futur ? C’est cela l’enjeu de nos réflexions d’aujourd’hui.
 

 

 


Sources : Wikipedia France ; Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (http://www.andra.fr/) ; Agence pour l’énergie nucléaire de l’OCDE (http://www.nea.fr/); WIPP (http://www.wipp.energy.gov/); Science & Vie, novembre 2008, n° 1094 ;

 

 


Images :

 

1. centrale nucléaire : tours de refroidissement (sources : www.mathcurve.com)

 

2. vue en surface du WIPP (sources : www.cemrc.org)

 

3. salle de stockage du WIPP (sources : www-project.slac.stanford.edu)

 

4. les civilisations sont-elles mortelles ? (sources : http://www.um.warszawa.pl)

 

 5. fresque d'une tombe de la vallée des Rois à Louxor (sources : www.studentsoftheworld.info)

 

(Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)

 

 

 

 
Mots-clés : énergie nucléaire, déchets radioactifs, Waste Isolation Pilot Plant (WIPP), agence pour la gestion des déchets radioactifs (ANDRA), Agence pour l’énergie nucléaire (AEN-OCDE)

 (les mots en blanc renvoient à des sites d'informations complémentaires)

 

 

 

 

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Mise à jour : 7 avril 2013

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11 janvier 2009 7 11 /01 /janvier /2009 18:27

 

 

 

 

 

  

 

     Depuis toujours les hommes se sont demandés de quoi pouvait bien être fait le monde dans lequel ils vivent et, accessoirement, de quoi se composait leur propre corps. A l’échelle macroscopique, nous avons depuis quelques siècles une idée assez précise de cette organisation mais au-delà de ce que l’on peut voir, dans l’infiniment petit, la réponse est moins claire. On évoque alors les atomes mais connait-on vraiment leurs structures et les forces qui les lient ou les font interagir ? De quoi sont-ils faits eux aussi ? Quelle est la limite de l’insécable ? La physique moderne, si elle ne peut évidemment tout expliquer, dispose de quelques pistes… Retour sur le problème.

 
     Intuitivement, certains penseurs anciens (les philosophes grecs présocratiques comme Leucippe ou Démocrite notamment) avaient soupçonné que la matière était composée de parcelles indivisibles. C’est une notion qu’on comprend empiriquement en émiettant, par exemple, une motte de terre, obtenant des parties de plus en plus petites, et si l’on pouvait continuer, des grains finalement indivisibles et permettant la conservation de cette matière, les atomes. De l’ancien concept philosophique de l’antiquité, on est passé à un concept qui demeure théorique (car non visible) mais qui est bien accepté par tous. Peut-on aller plus loin ?

 

 

 


Les particules élémentaires

 

  
     Avant de chercher à comprendre ce qui lie les particules les plus petites de la matière encore faut-il les décrire. Pour cela, le plus simple est de partir de cet atome que nous venons d’évoquer parce que c’est lui qui caractérise les éléments (le fer, le cuivre, le cobalt, etc.). De quoi est-il fait puisqu’il n’est plus comme le pensaient les philosophes grecs le « dernier grain indivisible ».

 
     En réalité, un atome est composé d’un noyau et d’électrons qui gravitent autour de lui (voir le sujet mécanique quantique). Le noyau atomique est lui-même formé de structures plus petites, les protons et les neutrons. Comme leur appellation l’indique, les neutrons sont neutres tandis que les protons sont chargés positivement et les électrons négativement. C’est cet équilibre et le nombre des constituants qui caractérisent un atome (de fer, de plomb, etc.). Toutefois, si l’électron est bien une particule élémentaire (c'est-à-dire indivisible) comme l’est également le photon qui transporte l’information lumineuse, ce n’est pas le cas des protons et des neutrons qui peuvent être scindés en particules encore plus petites : les quarks.

 
     On sait à présent qu’il existe des quarks de différente nature (six pour être précis et possédant des noms assez exotiques : down, up, strange, charm, bottom ou beauty et top ou truth). On leur donne également, à ces quarks, des noms de couleur (en fait un moyen de les caractériser car cela n’a rien à voir avec les couleurs que nous connaissons). Tout cela est très compliqué et a d’ailleurs valu à Murray Gell-Mann le prix Nobel de physique en 1969 pour les avoir le premier décrits. Ce qu’il faut comprendre, c’est qu’il s’agit là des composants intimes de la matière et qu’ils interagissent les uns avec les autres et… mais à propos, comment pourraient-ils interagir puisqu’ils ne se « touchent » évidemment pas ? Quelles sont les " forces " qui les lient ? D’autres particules élémentaires qui ne serviraient qu’à ça ? C’est tout l’objet du modèle standard actuellement en vigueur en physique fondamentale : nous aurons l’occasion d’y revenir mais, auparavant, il faut justement préciser quelles sont les « forces » présentes dans l’univers.

 

 

 


Les différentes forces de l’univers

 

   
     On pense que ces forces universelles – qu’on appelle forces fondamentales – étaient de même puissance au moment du Big Bang puis qu’elles ont divergé. Elles sont au nombre de quatre :

 
               • L’interaction électromagnétique qui est responsable de la plupart des phénomènes que nous pouvons observer à notre échelle (lumière, magnétisme, réactions chimiques, électricité, etc.). Elle peut être attractive ou répulsive selon les charges électriques (pensez à deux aimants que l’on rapproche l’un de l’autre) et elle est transportée par les photons.

 
         • L’interaction nucléaire forte : c’est la force qui est responsable de la cohésion des quarks entre eux (et c’est accessoirement la force d’interaction la plus puissante connue). Elle permet ainsi la cohésion des noyaux des atomes, si difficiles à briser, mais ne s’exerce que sur une distance infime, subatomique. Elle est transportée par une particule appelée gluon sur laquelle nous reviendrons plus tard.

 
         • L’interaction nucléaire faible : c’est la force qui est responsable de la radioactivité β. Beaucoup moins puissante que l’interaction forte que l’on vient d’évoquer, elle possède, elle aussi, un rayon d’action très court. Ses transporteurs sont les bosons sur lesquels nous reviendrons aussi.

 
            • Et la gravitation : c’est la force qui lie les objets massifs entre eux et, donc, par exemple, les planètes, les étoiles ou les galaxies.  Nous avons déjà eu l’occasion d’en parler longuement dans un sujet précédent (voir sujet relativité générale).


     Or ce qu’aiment par-dessus tout les scientifiques, ce sont les choses simples. Ils pensent en effet que lorsqu’on a recours à des théories compliquées, faisant appel à un grand nombre de paramètres indispensables, c’est qu’on ne sait pas vraiment résoudre le problème. Toute la démarche des physiciens au cours de ces dernières décennies aura donc consisté à décrire, expliquer et essayer d’unifier ces différentes forces afin d’obtenir un modèle simple et cohérent. Pour cela, ils disposent de deux grands outils : la physique macroscopique de la relativité générale et la physique quantique.

 

 

 


Les deux physiques

 


     La relativité générale, on l’a déjà dit, s’occupe de l’espace-temps macroscopique et donc explique ce que sont les caractéristiques de la force qui s’exerce à cette échelle, la gravitation. Pour résumer brièvement, disons que la relativité générale explique la gravitation comme une fusion de l’espace et du temps. Pour mieux faire comprendre cette fusion, on prend souvent l’exemple d’un tapis mousse sur lequel un objet lourd imprime une empreinte d’autant plus grande que l’objet est pesant. Un objet plus petit situé à proximité de lui ne peut alors que suivre la courbure de la cuvette ainsi formée (on parle de géodésique). La lumière elle-même (ou plutôt les photons qui la transportent) suit la courbure ainsi créée.


       La physique quantique, elle, et nous en avons déjà parlé (voir sujet mécanique quantique), s’intéresse à l’univers subatomique et donc aux trois forces restantes déjà citées, électromagnétisme et interactions forte et faible. Elle se propose de décrire les particules élémentaires intervenant à cette échelle et ce qui les fait interagir. Elle divise ces particules en deux groupes : les fermions et les bosons. Les fermions sont les particules élémentaires que nous avons déjà évoquées et qui constituent la matière proprement dite, par exemple les quarks ou les électrons. La mécanique quantique introduit un deuxième groupe de particules qui, cette fois, sont des particules de liaison entre les fermions et elle les appelle des bosons. A chaque particule élémentaire du groupe fermions doit donc correspondre une particule de liaison spécifique du groupe bosons. Les scientifiques n’ont évidemment pas encore tout découvert : la preuve en est qu’il existe des fermions auxquels ne correspondent aucun boson et des bosons qui n’ont pas de correspondants chez les fermions. Compliqué ? Pas tant qu’il y paraît.

 
     Prenons un exemple, celui d’un quark isolé. Une telle particule élémentaire isolée n’a pas de masse et n’interagit avec rien. Dans l’univers, il existerait un bain constant de bosons et dès qu’une particule pénètre un champ de bosons, ces derniers s’agglutineraient autour d’elle en lui conférant dès lors une masse et la possibilité d’interagir avec d’autres fermions : ces bosons intervenants sont appelés « bosons de Higgs », du nom du scientifique qui le premier postula leur existence (il existe d’autres bosons pour des fermions spécifiques mais le boson universel est le boson de Higgs). Pour le mettre en évidence on a construit des outils spécifiques qui sont ici des accélérateurs de particules. L’idée est « d’accélérer » les particules à une vitesse incroyable avec l’espoir de faire éclater les liaisons fermions-bosons, libérant ainsi ce fameux boson de Higgs : c’est cela l’intérêt considérable du LHC (du CERN à Genève), fleuron de la recherche fondamentale européenne. Et cela a marché ! En juillet 2012, ce fameux boson de Higgs a pu être mis en évidence au CERN (avec 99,9% de certitude), mettant par là-même un terme à une recherche de près de cinquante ans... On trouvera un article spécialement consacré à cette remarquable découverte dans ce blog (voir le sujet : le boson de Higgs).

 
     En faisant correspondre équations et observations, les physiciens ont donc pu construire une théorie générale pour unifier tout cela : le modèle standard.

 

 

 


Le modèle standard

 


     C’est la première approche – actuelle - d’une théorie permettant d’unifier toutes les forces présentes dans l’univers que ce soit à l’échelle macroscopique (relativité générale) ou microscopique (physique quantique). Dans ce modèle, un certain nombre de forces ont été unifiées :

 
              • magnétisme et électricité donnent l’électromagnétisme ; ici, pas de problème : les fermions sont agglutinés par les photons qui n’ont pas de masse ;

 
       • l’interaction faible et électromagnétisme donnent l’électrofaible ; cette force électrofaible concerne les bosons W et Z qui ont une masse (cela est expérimentalement prouvé) : il faut donc leur faire correspondre un boson sans masse, le boson de Higgs qui, en s’agglutinant à eux leur conférerait cette masse.

 
               • l’interaction forte (gérée par des bosons particuliers, les gluons) associée à la force électrofaible donne le modèle standard.


     Alors, tout est parfait ? Eh bien non parce qu’il reste une force que l’on n’arrive pas à unifier avec les autres : la gravitation. On n’a pas encore trouvé dans le domaine quantique les éléments pouvant correspondre à la gravitation pourtant expliquée avec un succès jamais  démenti par la théorie de la relativité générale. Si l’on y arrivait, on obtiendrait ce que certains appellent la théorie du tout mais il y a un problème : le boson responsable de la gravitation manque toujours à l’appel. On l’appelle le graviton mais son existence est toute théorique et il n’a jamais été mis en évidence nulle part. Voilà donc encore beaucoup de travail en perspective… Ajoutons à cela que la plus grande partie de la matière échappe à notre compréhension (voir sujet matière noire et énergie sombre). Il n’empêche, les connaissances scientifiques sur la matière ont quand même bien progressé ces dernières années…


     Nous ne connaissons pas encore toutes les caractéristiques et toutes les formes que prend la matière qui compose notre univers. Toutefois, on peut aujourd’hui penser que tout est matière et que ce qui ne semble pas l’être (?) vient du fait que ses constituants n’ont pas encore été clairement identifiés. De nos pensées intimes aux plus grandes des galaxies, tout est supporté par des particules, en quantité et en formes évidemment variables, mais relevant toutes de la matière. Je me doute que cette affirmation peut en effrayer certains mais qu’ils se rassurent car, au bout du compte, ce qui importe véritablement, ce n’est pas la nature des choses mais l’usage qu’on en fait.

 

 



Images

 
     1. Stonehenge (sources : www.marxer.org)

      2. quark (sources : www.pentek.com)

    3. galaxies émergentes grâce aux forces de la gravitation (sources : pagesperso-orange.fr/ainvo)

     4. le LHC du CERN à Genève (sources : blog.nanovic.com.au)

     5. simulation de la désintégration d'un boson de Higgs dans un accélérateur de particules (sources : www.in2p3.fr)

(Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)




Mots-clés : atome, proton, neutron, électron, quark, fermion, boson, Higgs, boson de Higgs, physique quantique, relativité générale, gravitation, électromagnétisme, interaction faible, interaction forte, modèle standard, théorie du tout

 (les mots en blanc renvoient à des sites d'informations complémentaires)

 

 

 

 Sujets apparentés sur le blog :

 

1.  mécanique quantique

2. théorie de la relativité générale

3. matière noire et énergie sombre

4. le boson de Higgs

5. la théorie des cordes ou l'Univers repensé

6. l'expansion de l'Univers

7. Big bang et origine de l'Univers

 

 

 

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Mise à jour : 24 mars 2013

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Published by cepheides - dans physique
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4 décembre 2008 4 04 /12 /décembre /2008 18:34

 

 

 

                 une fourmi soldat de l'espèce Atta laevigata (image de A. Wild de myrmecos.net)

 

 

 

 

 

     En évoquant dans un précédent sujet l’indifférence de la Nature (voir sujet indifférence de la Nature) et puisque j’avais souligné le caractère toujours utilitaire des comportements animaux (excluant toute notion de bien et de mal, de pitié ou de vengeance), je m’étais interrogé sur certaines attitudes en apparence paradoxales : les conduites altruistes parfois observées dans certaines situations. J’aimerais revenir aujourd’hui sur cet aspect étrange de la vie naturelle qui, au premier abord, peut paraître contradictoire avec la théorie de l’évolution, celle-ci stipulant en effet que seuls les comportements égoïstes - et donc la défense de ses intérêts propres - peuvent permettre au plus apte de l’emporter.

 
     Commençons toutefois par préciser ce qu’est l’altruisme. Si l’on s’en réfère à la définition du dictionnaire, il faut y voir « une tendance à s’occuper plutôt des autres que de soi-même ». C’est cette notion qui peut, en effet, paraître singulière dans le cadre de la théorie de l’évolution. Pourtant, avant de discuter de ce sujet passionnant, il est fondamental d’identifier et de quantifier l’importance de l’environnement au sein duquel cet altruisme peut se manifester : ce faisant, nous sommes donc obligés d’aborder au préalable l’organisation sociale des individus.

 

 

 

 

organisation sociale des différentes espèces d’animaux

 

 
     A l’exception de quelques cas particuliers, il est clair que la vie d’un individu d’une espèce donnée est régie par son rapport aux autres et cela de façon plus ou moins marquée. Ces rapports sociaux ont pour but évident la mise en commun de connaissances ou d’automatismes aboutissant à la survie et à la progression de l’espèce. Or, qui dit rapports dit obligatoirement rapports de force : c’est ainsi que, dans toutes les espèces (à quelques exceptions notables près), il existe une hiérarchisation marquée par la prédominance d’un individu sur les autres, un fait partout constaté dans la Nature. Nous connaissons par exemple tous la notion d’individus dominants chez les canidés : les loups, pour ne citer qu’eux, se regroupent en meutes sous la direction d’un chef (presque toujours un mâle qu’on appelle l’animal alpha) plus fort ou plus intelligent que la moyenne et qui imprime sa domination en se réservant les femelles. En vérité, le constat d’une organisation hiérarchique, fondement de la socialisation, s’impose pour la plupart des espèces (les rongeurs tels les rats, les animaux marins – otaries, phoques -, les ruminants « sauvages », les oiseaux, etc.).

 

     Comme toujours, il existe des exceptions : les félins, par exemple, sont des animaux très peu grégaires et donc peu sociaux. En haut ( ?) de l’échelle animale, les grands primates ont certes des comportements grégaires mais permettant des approches individuelles, aboutissant de ce fait à des types de sociétés moins rigides que celles, par exemple, des insectes dont nous parlerons plus loin. Dans ce type de sociétés animales, en effet, la hiérarchisation existe toujours mais on pourrait avancer qu’elle est raisonnablement tempérée par une certaine dose d’individualisme. Même chez l’Homme, ces pulsions grégaires (qui, rappelons-le, relèvent de programmes génétiques innés) existent et ce sont elles qui, conduisant à une socialisation poussée, ont permis à Sapiens de faire les progrès que l’on sait.

 
     On comprend donc bien qu’il existe une antinomie entre socialisation et individualisme et que, selon les sociétés considérées, il existe une sorte de balancier, d’équilibre, entre les deux concepts. Dans certaines espèces, l’individualisme est poussé à l’extrême (comme chez les chats, animaux volontiers solitaires) tandis que pour d’autres l’organisation sociale devient si prépondérante – j’allais dire si prégnante – que toute existence individuelle est abolie au profit de la communauté (insectes sociaux). Chez l’Homme, on l’a déjà mentionné, il existe un réel compromis entre ces deux extrêmes puisque si une organisation sociale lui est indispensable, celle-ci permet à certaines initiatives personnelles de s’exprimer.

 
     Afin de mieux cerner selon quels critères se font jour des comportements altruistes, sujet de notre propos, revenons sur quelques exemples d’organisations sociales rigides (ou dites « fermées ») des animaux.

 

 

 

 
les insectes sociaux

 

 

 

 

 
     La plupart des insectes se répartissent en sociétés grégaires, fortement socialisées, et en populations où l’individu est plus indépendant, voire réellement isolé : c’est, par exemple, le cas des arachnides dont la majorité d’entre elles sont strictement solitaires, bien tapies au fond de leur toile ou de leur antre (même s’il peut exister des relations d’entraide), mais chez lesquelles existent aussi des populations très socialisées regroupant des centaines, voire des milliers d’individus se partageant une même toile (qui peut alors s’étendre sur une grande surface, parfois plusieurs arbres, comme le montre la photo ci-dessus d'araignées sociales en Guyane) avec les contraintes en rapport.  On retrouve ce même phénomène (isolement/grégarité) chez les guêpes et les abeilles.

 

 

 

 
          Les abeilles

 

 

     On pense qu’il existe plus de 20 000 espèces différentes d’abeilles dont près de 90 % sont solitaires. Même parmi les abeilles dites « sociales », l’organisation est variable, allant d’une simple mise en commun de quelques actions communautaires à une réelle complexité organisationnelle mais sans jamais atteindre toutefois l’ordre quasi-militaire des fourmis (que nous verrons ensuite), voire même des termites. Nous connaissons bien ces abeilles sociales puisqu’il s’agit d’Apis mellifica, l’abeille des ruches à miel cultivées par les Hommes.
 
     La ruche est un ensemble social où coexistent un certain nombre de type d’individus aux rôles parfaitement définis. Il y a évidemment la Reine, l’abeille responsable des naissances et donc garante de l’avenir de la ruche toute entière, gardée jalousement par ses assistantes qui lui permettent de pondre chaque jour plus d’un millier d’œufs. Ce sont les ouvrières – stériles et il s’agit là d’une notion fondamentale – qui effectuent le travail d’entretien et de défense de la ruche : on y trouve les nourrices qui s’occupent des larves, les nettoyeuses qui assurent la propreté de l’ensemble, les ventileuses chargées, par leurs mouvements permanents des ailes, d’assurer la température adéquate, les cirières qui construisent les rayons, les butineuses qui récoltent le pollen, les sentinelles qui défendent les accès à la ruche. Tout ce petit monde communique par des  phéromones (voir glossaire) ce qui permet l’indispensable reconnaissance des individus entre eux mais aussi de façon gestuelle (voir nota : la danse des abeilles).
 
     Il s’agit d’un univers bien organisé et indispensable à chacun de ses habitants puisque si, d’aventure, un sujet devait s’égarer loin de la ruche, il ne lui faudrait pas plus d’un jour ou deux pour mourir, aurait-il suffisamment de quoi pour se nourrir. Pourtant, cette organisation déjà bien hiérarchisée est loin d’égaler les sociétés de fourmis, autres hyménoptères (et même les termites qui, eux sont des isoptères, catégorie d’insectes plus ancienne dans l’échelle de l’évolution).

 

 

 

 
          Les fourmis

 

 
     Il s’agit du stade ultime de l’insecte social. Bien qu’il existe des milliers d’espèces différentes de fourmis (variant par la taille, la couleur ou les comportements), on n’en connait aucune qui soit solitaire. Est-ce cela qui explique leur indéniable succès adaptatif puisqu’on les trouve dans toutes les parties du monde ? Quoi qu’il en soit, certaines colonies s’étendent sur des centaines de km comme la colonie originaire d’Amérique du sud (et qui a supplanté les variétés autochtones) qui peuple à présent et d’un seul tenant la côte nord de l’Espagne, le sud de la France et le nord de l’Italie. Comment expliquer un tel succès ? Eh bien probablement par la rigueur de l’implacable organisation de l’ensemble. Chez les fourmis, les individus comptent encore moins qu’ailleurs.

 
     Plus ou moins agressives envers les êtres vivants « extérieurs », les fourmis se déplacent en colonnes de millions d’individus, colonnes dont les flancs sont impitoyablement gardés par les soldates, souvent dotées d’énormes pinces et/ou mandibules, comme le montre la photo d'introduction. (J’ai encore en mémoire ce documentaire que, enfant, j’avais regardé à la télé en noir et blanc de l’époque : on y voyait la progression inexorable de milliards de fourmis dans un pays d’Afrique dont je n’ai pas retenu le nom et qui dévastaient absolument tout sur leur passage, allant jusqu’à submerger et tuer un fourmilier, pourtant un de leurs prédateurs locaux). Contrairement aux abeilles, les fourmis sont de morphologie différente selon les fonctions qu’elles exercent au sein de la communauté mais ce qui retient surtout l’attention, c’est la complexité de leur habitat, le plus souvent souterrain (mais pas toujours) : on se trouve face à une profusion de couloirs, corridors, tunnels, salles et cul-de-sac, chacun de ces endroits ayant sa fonctionnalité propre, depuis les « appartements » de la Reine jusqu’aux pouponnières, aux chambres de stockage des réserves ou aux salles d’élevage. Car les fourmis élèvent des pucerons, des champignons… ou maintiennent en esclavage d’autres variétés de fourmis (comme le font certaines espèces de fourmis rouges avec des fourmis noires capturées sous forme de larves et qui ne se révoltent jamais).

 

     Cette extraordinaire organisation a évidemment un corollaire que nous fourmis-rouges.jpgavons déjà évoqué : en pareil cas, il n’est pas possible que l’individu puisse exister séparément ; ce dernier n’est plus qu’une infime partie d’un ensemble pour lui immense, la fourmilière, et pour sauver cette dernière – ou simplement la protéger – il est parfaitement envisageable de sacrifier des milliers d’individus (même les reines qu’il est toujours possible de remplacer). C’est dans ce contexte ultra-utilitariste, où chaque chose, chaque comportement à sa place sans que jamais il n’y ait la moindre fantaisie, que l’on peut se poser la question qui nous occupe aujourd’hui : comment est-il possible que l’on puisse observer chez ces animaux des comportements réellement altruistes ?

 

 

 

 

 
comportements dits altruistes de certains animaux

 

 

 
     On vient de voir que chez les insectes sociaux, les rôles sont parfaitement distribués et toujours reproduits à l’identique. Comment donc expliquer le sacrifice de certains individus composant la communauté (ici fourmis sentinelles ou ouvrières) qui meurent au combat ou à la tâche pour protéger les autres ? L’instinct, me direz-vous, puisque ces comportements sont tout simplement inscrits dans les gènes de ce type de fourmis. Oui, mais affirmer cela pose une question : dans la théorie darwinienne de l’évolution, c’est la sélection naturelle qui permet le maintien de tels comportements (en d’autres termes, les conduites apportant un avantage sélectif à des individus sont retenues par la nature puisqu’elles leur permettent une meilleure survie). Problème : les fourmis ouvrières, celles qui se sacrifient, sont, on l’a déjà dit, stériles et ne peuvent donc pas se reproduire.

 
     Darwin n’a pas ignoré ce problème et a longtemps réfléchi sur la question. Dans son livre princeps, « l’origine des espèces », il en a conclu que la sélection se faisait sur les reines, les seules au demeurant susceptibles de se reproduire et donc de transmettre un comportement génétiquement déterminé. Pour lui, les reines ayant, au fil du temps, incorporé dans leurs gènes les comportements sociaux des fourmis ouvrières les mieux adaptés – des comportements « altruistes » - se sont retrouvées à la tête des ruches les plus productives d’où la diffusion progressive de ce patrimoine génétique. De nombreux chercheurs essaieront par la suite de revenir sur la question mais sans trouver mieux.

 
     C’est en 1975 que paraît un ouvrage fondamental qui va relancer les spéculations sur le problème. L’auteur en est un biologiste d’Harvard, spécialiste des fourmis, Edward. O. Wilson. Ce scientifique va essayer d’expliquer les sociétés animales (et aussi humaines) par une étude darwinienne des évolutions collectives, la seule explication, pense-t-il, pour justifier précisément les comportements altruistes de certains individus. Il baptisera cette approche sociobiologie.

 

 

 
          La sélection de parentèle

 

 
     Dans son étude, Wilson reprend les conceptions d’un précurseur, William D. Hamilton, qui avait défendu à peu près ceci : si des individus font preuve d’altruisme, s’ils acceptent (évidemment sans le savoir) de se sacrifier, c’est parce que, au bout du compte, ce  sacrifice permet la transmission de leurs gènes à des descendants plus complètement que s’ils avaient eux-mêmes procréé. Et cela peut être mathématiquement calculé. Ainsi, en raison de la spécificité de la détermination du sexe chez les hyménoptères, une fourmi ouvrière possède les 3/4 de ses gènes en commun avec les larves pondues par la reine alors que si elle avait elle-même eu des descendants, elle n’aurait eu que la moitié de gènes en commun avec ses enfants. De ce fait, renoncer à une (potentielle) descendance devient plus compréhensible. Ce calcul fonctionne aussi avec les abeilles, les guêpes, etc.

 
     Il subsiste néanmoins un problème : les comportements altruistes s’observent également chez les termites qui ne sont pas des hyménoptères et n’ont donc pas ce système si particulier de transmission des gènes. Ce qui amena Hamilton à revenir sur la notion de bénéfice non pas uniquement pour la simple parentèle mais aussi pour le groupe auquel il appartient, reprenant en quelque sorte approximativement l’approche de Darwin en son temps.

 

 

 
          L’altruisme est-il désintéressé ?

 

 
     Les spécialistes de l’évolution sont à peu près d’accord sur un point : pour qu’il y ait renoncement d’un individu à sa propre survie, il faut qu’il en tire bénéfice d’une manière ou d’une autre. Ce bénéfice est génétique et passe par la transmission d’un certain nombre de ses gènes (ce qui valut à Richard Dawkins un beau succès de librairie avec son livre « le gène égoïste »). Nul besoin, semble-t-il, que cette transmission soit abondante : il suffit que le bénéfice existe, si faible soit-il. L’individu compte bien moins que les gènes qu’il transmet.

 

 

 
        • Les comportements altruistes existent dans toutes les espèces

 

 
     Afin de comprendre le mieux possible cette notion d’altruisme dans la nature, j’ai pris l’exemple le plus emblématique, celui des insectes sociaux, parce que la rigidité de ces sociétés permet le mieux l’application de modèles mathématiques (c’est d’ailleurs historiquement chez eux que les études ont été les plus poussées) mais, dans toutes les espèces, de tels comportements existent : le rongeur qui signale en criant à ses congénères l’apparition d’un prédateur au risque de se faire immédiatement repérer, l’oiseau femelle qui attire sur elle l’agresseur pour l’éloigner de son nid, le lion qui tue les lionceaux issus du mâle qu’il vient d’évincer (il pourrait perdre leur mère qu’il vient de conquérir), etc. Autant de cas d’altruisme, autant d’explications diverses qui vont toujours dans la même direction : la recherche d’un bénéfice secondaire à l’insu de l’acteur lui-même, ce bénéfice étant la transmission d’une partie la plus importante possible de son patrimoine génétique.

 

 

 


l'altruisme, terme ambigu

 

 

     L’altruisme proprement dit n’existe donc pas dans la Nature. Ou plutôt il n’est pas ce que l’on croit. Les conduites, les attitudes qui aboutissent au sacrifice d’un individu isolé afin de permettre la survie d’autres individus du groupe font partie d’une stratégie sélectionnée par l’évolution et dont le but en est toujours le même : permettre à l’espèce de progresser en reproduisant le plus grand nombre de gènes d’une génération donnée, quitte d’ailleurs à ce que, en raison de mutations diverses, certains d’entre eux (apportant un avantage évolutif) soient pérennisés par l’évolution au détriment des autres.

 

 
     Et, me direz-vous, l’Homme dans tout ça ? Puisqu’il est un animal comme les autres (hormis son intellect certainement plus développé), est-il lui aussi soumis à ces comportements innés ? Il est certain que, animal social, l’Homme a besoin d’une société pour survivre et d’une hiérarchisation des individus pour progresser. Mais l’altruisme dont il fait parfois preuve peut-il être envisagé uniquement d’un point de vue fonctionnel, du seul point de vue d’une recherche de bénéfices secondaires à ses actions ?

 

     C’est ici que les avis divergent. Pour une part des sociobiologistes c’est à l’évidence le cas et les tentatives de justification de l’altruisme humain sont identifiées par eux comme la rationalisation a posteriori de la recherche inconsciente d’un bénéfice pour l’espèce : une fourmi humaine en quelque sorte. Pour d’autres sociobiologistes, s’ils reconnaissent volontiers que cet état était effectivement celui de l’Homme des débuts de l’Humanité, ils pensent que la civilisation et ses facteurs normalisants ont certainement gommé cette part strictement génétique : la raison dominant les automatismes si l’on peut dire. D’autres enfin se situent entre ces deux approches et parlent d’une atténuation plus ou moins importante de ces comportements innés.

 

 
     Comme on peut le constater, les considérables différences d’appréciation de ce problème par les scientifiques prouvent qu’il reste encore beaucoup à observer et à décrypter dans cette science qui n’en est encore qu’à ses débuts.

 

 

 

 

 

Nota : la danse des abeilles

 

      Karl von Frisch qui fut avec Konrad Lorenz un des fondateurs de l’éthologie moderne rapporte qu’il fut un jour intrigué par le manège étrange d’une abeille : après avoir repéré un peu d’eau sucrée, cette abeille (que Frisch avait préalablement marquée) retourna à sa ruche pour y effectuer une « danse en rond » qui attira immédiatement l’attention d’autres abeilles. Toutes s’envolèrent alors vers la source d’eau sucrée… On sait à présent que cette danse en rond se rapporte à des cibles situées relativement près de la ruche (une trentaine de mètres) mais que pour des distances plus importantes, il existe un autre type de communication codée appelée « danse frétillante ». Ce moyen de communication inné permet aux abeilles d’indiquer à leurs congénères non seulement la distance mais aussi la direction de l’endroit à explorer. Il s’agit d’un mode de transmission de l’information très rare chez les animaux et il est vraisemblable que, apportant un avantage évolutif certain, il a alors été retenu par la Nature. Cette découverte et les travaux s’y rapportant valurent en 1973 le prix Nobel de physiologie à Von Frisch.

(voir également le sujet : comportements animaux et évolution )

 

 

 

 

Glossaire

 

* phéromones : en physiologie, sécrétion chimique émise par un animal provoquant une modification du comportement chez un individu de la même espèce (Encyclopædia Universalis) 

 

 

 

Images

 

1. fourmi soldat (sources : myrmecos.net)

2. araignées sociales (sources : metalogie.blog.lemonde.fr)

3. abeilles attaquant un frelon :  ne pouvant tuer ce type de prédateurs (qui les déchiquètent pour s'en nourrir) car leur cuticule est souvent trop dure pour leurs dards, elles l'étouffent en bloquant sa respiration et en occultant tous ses orifices de respiration. Beaucoup d'individus meurent dans ce combat. (sources : www.notre-planete.info/)

4. fourmis rouges : l'individu n'a aucune importance (sources : http://www.lefigaro.fr/ )

5. Edward Wilson (sourcces : greensource.construction.com)

  (Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)

 

 

 

 

Mots-clés : altruisme, évolution, avantage évolutif, sélection naturelle, individualisme, socialisation, hiérarchisation, insectes sociaux, arachnides, araignées sociales, abeilles, fourmis, E O Wilson, W. D. Hamilton, sociobiologie, sélection de parentèle, sélection de groupes

(les mots en blanc renvoient à des sites d'informations complémentaires)

 

 

 

 

Sujets connexes sur le blog :

 

1. indifférence de la Nature

 

2. les mécanismes de l'Evolution

 

3. reproduction sexuée et sélection naturelle

 

4. le rythme de l'évolution des espèces

 

5. comportements animaux et Evolution

 

6. le mimétisme, une stratégie d'adaptation

 

7. superprédateurs et chaîne alimentaire

 

8. parasitisme et Evolution

 

9. l'intelligence animale collective

 

 

 

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Mise à jour : 13 juin 2015

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Published by cepheides - dans éthologie
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