Le blog de cepheides

     Sommes-nous seuls dans l’Univers ? Voilà une question qui hante l’Homme depuis qu’il a une conscience. Ecrivains, philosophes, scientifiques, bien d’autres encore ont cherché à répondre à cette angoissante question, certains d’entre eux en scrutant les nuits étoilées, d’autres ce que leur dictait leur raison. Dans un sujet précédent (voir : vie extraterrestre, 2ème partie), j’ai rapporté les savants calculs d’Isaac Asimov, scientifique brillant et écrivain de science-fiction prolifique, qui, se basant sur les statistiques, explique que au moins 500 000 civilisations technologiques doivent exister en ce moment dans notre seule galaxie qui regroupe, il est vrai, entre 200 et 300 milliards d’étoiles (et encore plus de planètes). Mais les faits, les observations réelles, les signes indiscutables, les preuves en somme ? Rien pour le moment. On peut donc s’interroger : la Science et les techniques ont-elles les moyens de résoudre ce mystère venu du fonds des âges ?

     De nombreuses tentatives d’entrée en contact ont eu lieu, certaines d’entre elles étant toujours en cours : parmi ces dernières, l’expérience la plus célèbre est celle du projet SETI, à laquelle je vous propose de nous intéresser.

Projet SETI : la genèse

     Rechercher la preuve d’une intelligence extraterrestre demande de la méthode. En effet, il s’agit ni plus ni moins que d’analyser des signaux (ondes radio ou ondes visibles) provenant de l’espace mais pas n’importe lesquels bien sûr puisqu’il faut identifier des productions ne devant rien au hasard : ces signaux doivent impérativement avoir été émis, volontairement ou non, par une civilisation technologiquement avancée.

     La première tentative de SETI (Search for ExtraTerrestrial Intelligence ou recherche d’une intelligence extraterrestre) date de 1960 et fut baptisée à l’époque le projet Ozma (d’après « la princesse d’Oz »). L’idée était donc d’identifier dans le cosmos une activité ne devant rien au hasard de la Nature. Pour cela, le premier directeur de recherche, l’américain Franck D. Drake, postula que l’observation au radiotélescope devait se faire sur la raie à 21 cm de l’atome d’hydrogène, supposée être suffisamment naturelle pour représenter un standard universel de communication radio. Il porta son choix sur deux étoiles assez proches du système solaire (à environ 11 années-lumière) : Epsilon d’Eridan et Tau Ceti de la Baleine, étoiles de structure comparable à notre Soleil et donc susceptibles d’abriter chacune un cortège de planètes. L’observation dura quatre mois mais sans aucun résultat.

     On décida donc d’élargir le champ de recherche dans un projet complémentaire baptisé Ozma II qui dura presque 4 ans (1973-1976) et porta sur l’observation de près de 650 étoiles. Sans plus de succès.

     On peut penser que ces résultats n’étaient guère encourageants… sauf qu’il s’agissait d’une étude très réduite, n’observant qu’une toute petite partie du ciel et, de plus, durant peu de temps. Un grain de sable sur l’immensité de la plage cosmique… Les scientifiques décidèrent de poursuivre leurs efforts en élargissant leur champ d’observation et ce d’autant que les techniques – et les moyens – progressaient au fil des années.

Projet SETI : la maturité

     Il fut décidé dans un premier temps de prendre le problème à l’envers. En 1974, à partir du grand radiotélescope d’Arecibo (Porto Rico), on envoya un message en direction de l’amas stellaire Messier qui regroupe quelques dizaines de milliers d’étoiles et qui est situé à environ 24 000 années-lumière du Soleil. Les scientifiques réfléchirent longuement à la teneur du « message » : il fallait en effet qu’il puisse être suffisamment universel pour être interprété et compris par les éventuels extraterrestres. Il fut décidé d’envoyer 1. la liste des dix premiers nombres entiers ; 2. la formule de l’ADN ; 3. la représentation des plus simples des éléments chimiques de la classification de Mendeleïev et 4. quelques renseignements plus spécifiquement humains, à savoir un schéma du système solaire, la représentation du corps humain et, pour faire comprendre comment on procédait, le schéma d’un radiotélescope. Il est à noter que cette initiative fut contemporaine du lancement des sondes américaines Pionner qui emportèrent des renseignements analogues gravés sur une plaque d'or.

     Parallèlement, plusieurs projets continuèrent la recherche d’ondes possiblement extraterrestres. Toutefois, en 1993, le Congrès américain – qui était jusqu’alors le principal pourvoyeur de SETI – décida de couper totalement ses crédits alléguant qu’il valait mieux consacrer ces moyens financiers devenus rares à des opérations plus immédiatement rentables. L’affaire fit alors grand bruit et ce sont des moyens privés (aux USA) qui se substituèrent à l’argent gouvernemental défaillant…

* le projet Phoenix : démarré en 1995, il permit l’observation de près d’un millier d’étoiles distribuées dans un rayon de 150 années-lumière autour du Soleil, la plupart des ces astres étant similaires à ce dernier. L’opération s’acheva en 2004 sans avoir décelé d’anomalies non naturelles.

* les divers projets SERENDIP : alors que Phoenix demandait l’utilisation exclusive d’un radiotélescope, ces projets (américains, australiens, etc.) utilisèrent (et utilisent encore car certains d’entre eux subsistent) les plages non utilisées de radiotélescopes par ailleurs réservés à des observations astronomiques diverses ce qui explique la recherche de signaux un peu partout dans l’Univers, les cibles étant déterminées par les projets classiques en cours.

* le nouveau SETI : en 2007, l’université de Berkeley (Californie) et le SETI Institute mirent en service un instrument nouveau, entièrement dédié à l’observation d’éventuels signaux cosmiques : l’ATA (pour Allen Telescope Array, du nom de Paul Allen, co-fondateur de Microsoft et principal donateur). L’ATA sera, une fois entièrement construit, le radiotélescope le plus rapide et le plus grand du monde. Pour l’instant composé de 42 antennes, il devrait à terme en posséder 350, réparties sur près d’un km, ce qui lui conférera une sensibilité équivalente à celle d'un télescope de 100 m de diamètre : on pourra alors surveiller plus d’un million d’étoiles en même temps !

     Seule ombre au tableau : pour le construire, SETI bénéficiait d’aides fédérales qui ont été (une nouvelle fois) suspendues en avril 2011 ce qui laisse pour le moment l’ATA avec ses seules 42 antennes de départ. On espère que le projet pourra être rapidement poursuivi !

     Le projet SETI est connu d’une grande partie des internautes du monde entier mais pas uniquement pour ses motifs de recherche. En effet, les concepteurs de l’opération ont eu une idée diablement astucieuse qui a permis leur notoriété au-delà du simple cercle des seuls intéressés par le sujet étudié…

Le projet SETI : SETI@home

     Enregistrer des données, c’est bien mais encore faut-il pouvoir les décrypter or la masse de ces données est considérable. Les concepteurs de SETI ont donc eu une idée : et si on utilisait la puissance de calcul des ordinateurs des particuliers du monde entier (en tout cas, une petite partie d’entre eux) ? Pour cela, les scientifiques ont développé un logiciel qui se présente sous la forme d’un écran de veille : lorsque l’utilisateur abandonne sa machine pour faire autre chose, le logiciel se sert de celle-ci pour analyser une partie des données enregistrées par SETI en cherchant donc les fameux signaux. Remarquons par ailleurs que le logiciel peut également fonctionner « en toile de fond », consommant peu de ressources, ce qui ne devrait alors guère gêner ceux qui font de la simple bureautique ou une promenade sur Internet…

      Au début vécu un peu comme une gageure, les gens de SETI espéraient 50 000 à 100 000 participants : ils sont aujourd’hui plus de 5,2 millions répartis à travers le monde. Du coup, la puissance de calcul totale est très importante : à titre de comparaison, le superordinateur le plus puissant du monde, Tianhe-I (Chine) a une puissance de calcul de 2 566 TeraFlops tandis que SETI@home atteints 509 TeraFlops… Pas si mal !

     Vous aussi, vous vous sentez intéressé à « prêter » votre ordinateur durant ses périodes d’inactivité ? Rien de plus simple : cliquez sur le lien suivant setiathome.free.fr et téléchargez le logiciel (c’est rapide et, bien sûr, gratuit). Vous n’aurez ensuite plus à vous soucier de rien : le logiciel prendra le relai après une certaine période d’inactivité de votre machine et enverra ses données tout seul à Berkeley. Aucune crainte à avoir : tout est sécurisé.

La recherche des signaux extraterrestres

     En dépit d’années d’observation, aucun signal clairement identifié comme provenant d’une civilisation extrasolaire n’a jusqu’à présent pu être mis en évidence. Aucune raison de se décourager pourtant. Si l’on suit les calculs statistiques d’Isaac Asimov auxquels je faisais allusion en préambule, on table sur un demi-million de sociétés évoluées possibles… mais sur un total observable de 300 milliards d’étoiles : autant dire que nous n’en sommes qu’aux premiers balbutiements…

     Certaines « anomalies » ont été repérées qui cadrent mal avec des causes naturelles (connues) et leur décryptage reste à faire. C’est du moins ce que nous disent les spécialistes : l’avenir, ici aussi, tranchera.

     Reste un problème et il est de taille : à supposer que l’on identifie une source extraterrestre, comment communiquer avec elle quand on sait que la lumière met près de quatre ans pour atteindre (ou revenir) de notre plus proche voisine, la naine rouge alpha C (dite Proxima) du Centaure ? Communiquer – en aller et retour – avec une civilisation lointaine mettrait un temps tel que nos civilisations auraient le temps de s’éteindre dans l’intervalle. Comment résoudre ce défi ? Pour l’heure, personne ne sait répondre à cette question…

Sources

1. Encyclopaedia Britannica

2. Encyclopédie Universalis

3.  http://setiathome.berkeley.edu/

Images

1. le télescope ATA du projet SETI (sources : www.freedomsphoenix.com)

2. l'étoile Epsilon Eridani (sources : futura-sciences.com)

3. le Soleil et Tau Ceti (sources : http://commons.wikimedia.org)

4. message symbolique envoyé conjointement par SETI et la sonde Pioneer 10 (sources : http://fr.wikipedia.org)

5. le Allen Telescope Array (sources : www.planet-techno-science.com)

6. l'écran de SETI@home (sources : www.espenship.com)

7. étoiles (sources : http://crocosphere.free.fr/)

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

Mots-clés : projet SETI - Isaac Asimov - projet OZMA - Franck D Drake - Epsilon Eridani - Tau Ceti - radiotélescope d'Arecito - sondes Pioneer - projet Phoenix - projets SERENDIP - ATA - seti@home

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

Articles apparentés sur le blog

1. vie extraterrestre (1)

2. vie extraterrestre (2)

3. place du Soleil dans la Galaxie

4. planètes extrasolaires

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Mise à jour : 7 mars 2023

     Le fait de se tenir debout et de marcher grâce à ses deux pattes postérieures existe depuis (presque) le début de l’apparition de la Vie sur Terre : le premier squelette identifié d’un animal se déplaçant ainsi est celui d’un petit reptile (eudibamus cursoris) qui vivait il y a environ… 300 millions d’années. C’est dire qu’il s’agit d’une affaire ancienne et on peut certainement affirmer que la bipédie a été probablement, à un moment ou à un autre, un facteur adaptatif majeur dans l’évolution de bien des espèces animales.

     L’explication la plus souvent avancée du développement de l’intelligence humaine repose précisément sur l’apparition de la bipédie chez un primate supérieur, l’ancêtre commun du genre homo (voir le sujet : le dernier ancêtre commun), une avancée qui, en libérant la main, aurait permis notre progressif développement cérébral. Est-ce si sûr ? D’éminents scientifiques avancent au contraire que la bipédie n’a été qu’un facteur parallèle - mais non générateur - de ce développement. Alors, bipédie indispensable à l’apparition de « l’intelligence » ou non ? C’est ce que nous allons essayer de clarifier.

La bipédie dans la Nature

     Les animaux capables de bipédie sont en définitive assez nombreux mais ils marchent alors avec le buste très incliné vers l’avant et toujours équilibré par la queue : c’est le cas des oiseaux – et avant eux des dinosaures bipèdes – mais également des kangourous, de certains lézards, etc. D’autres encore, comme, par exemple, les mangoustes, les girafes, les félins ou les chiens, arrivent à se dresser sur leurs pattes postérieures afin d’adopter une position verticalisée mais il s’agit en pareil cas d’attitudes transitoires (pour observer ou attraper un objet) qui n’a rien à voir avec une bipédie réelle.  On peut donc affirmer que, contrairement aux oiseaux, les mammifères sont peu doués pour la bipédie : en réalité, seuls l’homme et le pingouin sont capables de marcher longuement, buste vertical, sur leurs membres inférieurs.

     Le cas des primates est toutefois assez particulier : habitués à un habitat spécial qui est celui des arbres, ils ont des possibilités de se mouvoir assez étendues, alliant les sauts d’une branche à l’autre, la quadrupédie au sol, le grimper et, parfois, une vraie bipédie mais qui est loin d’être exclusive. Il faut se tourner vers certains grands singes pour rencontrer des bipèdes un peu plus qu’occasionnels : les singes gibbons sont bipèdes lorsqu’ils sont au sol… c'est-à-dire pratiquement jamais alors que les chimpanzés sont bipèdes sur leurs branches et parfois à terre (quand, par exemple, ils transportent de la nourriture). Les gorilles qui, eux, vivent à terre, ne sont bipèdes que lorsqu’ils se font menaçants, probablement dans le but d’augmenter leur taille tandis qu’ils se frappent violemment la poitrine en un geste d’intimidation puissant. En fait, parmi les grands singes, seuls les bonobos sont réellement bipèdes (même s’ils marchent sur leurs phalanges) et ressemblent ainsi parfois aux hommes, bipèdes exclusifs, même si ces derniers ont gardé de leur passé arboricole une certaine habilité à se suspendre.

Les origines de la bipédie

     Ces origines sont bien difficiles à définir. Classiquement, on a présenté cette faculté de marcher sur ses deux jambes comme une acquisition progressive aboutissant à l’Homme, seul capable de la mettre réellement en pratique ; les premiers hominidés, précurseurs de Sapiens, se seraient progressivement relevés pour aboutir à l’homme moderne (voir le célèbre dessin ci-contre) mais il s’agit là encore d’un apriori et, en réalité, d’une approche certainement finaliste. Une approche d’autant plus facile à défendre quand on part de l’arrivée pour refaire l’histoire (déjà choisie) à l’envers. En réalité, la situation est bien plus complexe.

     Parler de « redressement » progressif des précurseurs successifs de Sapiens, c’est d’abord privilégier un développement purement terrestre… alors que les singes (et les grands singes) vivent essentiellement dans les arbres ! Il n’est donc nullement prouvé que cette approche soit la bonne : peut-être la verticalité est-elle précisément apparue chez des individus habitués à se suspendre et secondairement descendus sur le sol… Les deux théories s’opposent et ont leurs partisans. On peut les résumer ainsi :

   * théorie du gibbon : c’est la théorie classique (et historique). Comme le singe de ce nom, la bipédie serait la conséquence de l’acquisition d’une position verticale lors du passage des individus d’un arbre à l’autre. Certains individus descendent au sol en conservant leur position verticale, la bipédie se développant peu à peu.

   *  théorie du chimpanzé : ici, la bipédie serait apparue dans la savane chez des grands singes qui se sont « redressés » pour voir au loin et ainsi anticiper les attaques des prédateurs ou repérer plus facilement sources de nourriture et points d’eau. Il s’agit là d’une théorie entrée en faveur avec la notion de nos origines africaines, surtout lorsqu’était évoquée comme certaine la théorie de l’East Side Story (voir article : East Side Story, la trop belle histoire), malheureusement aujourd’hui battue en brèche. D’où, chez les spécialistes de la question, un certain regain de l’autre théorie, celle du gibbon.

     Mais les bonobos que l’on évoquait un peu plus haut ? Ne démontrent-ils pas que la marche sur les pattes arrière est possible depuis fort longtemps ? Et s’il n’existait pas LA bipédie mais DES bipédies, comme autant d’évolutions convergentes ? Des bipédies d’origines diverses ?

     De nombreuses théories ont été avancées pour expliquer cette singulière particularité de ne se servir que de ses membres inférieurs pour se déplacer. En voici quelques unes :

   *  théorie de la bipédie initiale : prenant le problème à l’envers, cette approche propose que la quadrupédie serait postérieure à la bipédie, celle-ci ayant été dès le départ une faculté partagée par tous les mammifères des origines. Dans cette optique bien particulière, ce sont les grands singes qui sont devenus arboricoles, perdant progressivement une bipédie qui n’aurait subsisté que chez homo sapiens. Les scientifiques qui la défendent (mais ils sont une minorité) s’appuient non plus sur la paléontologie mais sur l’embryologie et l’anatomie comparée…

   * théorie de l’économie d’énergie : la recherche des aliments demande de l’énergie et, dans certains milieux notamment découverts, il semble que la bipédie soit « moins dépensière » que la quadrupédie ;

   * théorie de la sélection naturelle : la station debout permettrait aux mâles d’exposer plus facilement à la vue de tous leurs attributs et, au contraire, aux femelles de dissimuler les leurs, une idée reprise par Richard Dawkins (vous vous rappelez : l’auteur du « gène égoïste ») qui y voit un avantage reproductif certainement sélectionné par l’Evolution ;

   * théorie de l’accroupissement intermédiaire : pour certains auteurs, la bipédie serait la conséquence de longues périodes durant lesquelles les individus auraient vécu en position accroupie, par exemple à la recherche d’une alimentation au sol (graines, vers, insectes, baies et fruits tombés, etc.). Une transformation progressive du bassin, des muscles et os des jambes et surtout des plantes des pieds aurait secondairement conduit à la position debout ;

   * théorie aquatique : plusieurs auteurs ont montré la similitude existant entre la physiologie de l’Homme et celle des mammifères aquatiques ; il n’en fallait pas davantage pour qu’on évoque un éventuel passé semi-aquatique d’homo sapiens qui aurait vécu en milieu inondé à une époque voisine de celle de la divergence entre humains et grands singes.

     On le voit, les idées ne manquent pas pour expliquer la station verticale d’homo sapiens… Mais, bien qu’on ne connaisse pas l’ancêtre direct (s’il en existe un) des divers homos, que nous apprennent les fossiles ?

La bipédie des ancêtres de l’Homme

     En 1978, Mary Leakey une paléontologue de renom et son équipe, mit à jour à Laetoli (Tanzanie) des traces de pas fossilisées dans les cendres  du volcan Sadiman, il y a 3 millions d'années. Ces empreintes sont celles d’hominidés marchant debout, en réalité trois individus de corpulences différentes (l’un d’eux était probablement un enfant). Conservées dans une fine couche de cendres d’environ 15 cm cimentée par une pluie fine et recouvertes secondairement d’autres dépôts de cendres qui les a ainsi préservées, ces traces présentent des caractères certainement non humains, aujourd’hui attribuées à Australopithecus Afarensis. Point le plus important, leur datation est d’environ 3,5 millions d’années…

     Toutefois, la bipédie remonte encore plus loin dans le temps puisqu’un autre hominidé, Orrorin Tugenensis, a laissé un squelette prouvant ses aptitudes à la marche… il y a 6 millions d’années.

     La conclusion semble évidente : la bipédie est un trait commun à tous les hominidés, une faculté qui, avec le temps, est devenue chez l’homme moderne l’unique moyen de locomotion.

La bipédie n’est pas le propre de l’Homme

     Enfant, on m’a enseigné que la bipédie était le facteur principal (à l’époque, on disait même exclusif) du développement de notre intelligence : la libération de la main grâce à la marche sur nos deux jambes aurait conduit au développement de notre cerveau. C’était simple et direct. Aujourd’hui, rien n’est moins sûr. De nombreux hominidés semblent avoir également présenté cette même faculté de se mouvoir verticalement sans que leurs lignées n’aient abouti à l’égal d’homo sapiens.

     La bipédie est certainement un facteur permissif de notre développement cérébral mais il n’est pas le seul et peut-être pas le plus important. De nouvelles recherches, de nouvelles découvertes, notamment fossiles, permettront de préciser cette importante question mais je ne serai pas surpris si l’on finissait par impliquer une origine multifactorielle à l’émergence de notre pensée conceptuelle. Comme toujours, rien n’est jamais simple.

Images

1. bonobo (sources : http://www.chezpilou.com)

2. eudibamus cursoris (sources  http://www.uua.cn/)

3. Zvenjo, teckel mâle (coll. personnelle)

4. fausse évolution humaine (sources : www.hominides.com)

5. chimpanzé (sources : www.mentalindigestion.net)

6. théorie de la bipédie initiale (sources : wapin.ath.cx)

7. traces de pas à Laetoli (sources : www.sasquatchresearch.net)

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

  Documentation :

* Pascal Picq : origine et évolution de l'homme (www.inrp.fr/Acces/biotic/evolut/homme/html/bipedie.htm)

* la bipédie humaine (www.hominides.com/html/dossiers/bipedie.php)

* Wikipedia, la bipédie (fr.wikipedia.org/wiki/Bip%C3%A9die)

* théorie de la bipédie initiale (initial.bipedalism.pagesperso-orange.fr/biped_fr.htm)

Mots-clés :  primates - bonobos - hominidés - East Side Story - théorie du gibbon - théorie du chimpanzé - bipédie initiale - Richard Dawkins - Mary Leakey - traces fossilisées - australopithèque - Orrorin Tugenensis

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

Articles connexes sur le blog

1. le dernier ancêtre commun

2. East Side Story, la trop belle histoire

3. les mécanismes de l'Evolution

4. le rythme de l'évolution des espèces

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dernière mise à jour : 8 mars 2023

      La Nature – on l’a souvent répété ici – se moque bien des conventions humaines ; elle n’a que faire des soifs de justice d’homo sapiens, de ses pitiés, de ses états d’âme. La Nature est indifférente et pour y survivre une seule condition est requise : être le plus apte à se nourrir, prospérer et, bien sûr, se reproduire. C’est la sélection naturelle qui permet l’élimination progressive des individus les moins bien adaptés et est en conséquence un des moteurs principaux de l’Evolution.

      Les êtres vivants qui peuplent la Nature, tantôt victimes, tantôt prédateurs (et on est presque toujours le prédateur d’un autre) ont développé des techniques élaborées pour survivre et s’adapter au milieu ambiant : le camouflage en est une qui permet, par exemple, à l’ours blanc d’être moins repérable sur la banquise ou au phasme de se confondre avec des brindilles. Mais il existe des stratégies encore plus complexes, parfois stupéfiantes, qui permettent à certaines espèces de ressembler tellement à d’autres espèces - qui n’ont pourtant rien à voir avec elles – que tout le monde finit par s’y tromper : on parle alors de mimétisme et c’est sur cette singulière faculté à imiter l’autre que je souhaite aujourd’hui insister.

Les objectifs

      Le mimétisme est une stratégie d’adaptation, c'est-à-dire le moyen pour une espèce donnée d’acquérir un avantage supplémentaire dans sa lutte pour survivre. J’évoquais plus haut le camouflage permettant d’échapper à la vision du prédateur qu’on appelle parfois « mimétisme cryptique » bien que, stricto sensu, ce ne soit pas vraiment du mimétisme (le camouflage peut, en effet, se développer rapidement chez une espèce au gré des mutations au contraire du mimétisme qui demande une coévolution complexe regroupant plusieurs espèces, comme on le verra ensuite).

      Le mimétisme proprement dit cache des buts souvent différents qui peuvent être :

* se faire passer pour une autre espèce connue pour être dangereuse ou non comestible,

* permettre une meilleure reproduction (c’est le cas bien connu du coucou),

* cacher ses propriétés prédatrices comme chez certains poissons carnivores (blennie dévoreuse) affectant de n’être que des poissons « nettoyeurs de parasites »,

* offrir un intérêt gustatif pour un fécondateur : c’est le cas de plantes qui attirent ainsi certains insectes pour assurer leur propre reproduction,

* présenter un intérêt nutritif pour une proie : certaines plantes carnivores délivrent une odeur de putréfaction pour attirer des mouches qu’elles vont ingérer,

* proposer un danger limité pour leur proie : des espèces de poissons se parent de couleurs leur permettant de se fondre avec les algues où elles pourront surprendre leurs victimes.

      Les stratégies sont donc multiples et, pour bien les comprendre, les scientifiques ont cherché à les cataloguer, ce qu’on verra par la suite, mais évoquons d’abord les différents protagonistes en jeu.

les acteurs en présence

      Pour qu’un mimétisme existe, il faut au moins trois acteurs :

* le modèle : c’est l’individu qui va être copié parce que reconnu comme tel par

* l’individu trompé qui est le plus souvent un prédateur

* de l’imitateur qui, en copiant le modèle, va faire peur à son prédateur ou à tout le moins le désorienter suffisamment pour s’autoriser à fuir… ou à atteindre son but.

les différentes formes de mimétisme

      C’est la publication de l’ouvrage princeps de Darwin sur l’évolution des espèces qui va stimuler l’étude de ces phénomènes complexes, jusque là incompris et baptisés du nom pompeux de « merveilles de la Nature » (pour expliquer qu’on ne les comprenait pas).

           * le mimétisme selon Bates

      Des 1863, à peine 4 ans après la publication par Charles Darwin de « l’origine des espèces au moyen de la sélection naturelle », Henry Walter Bates (1823-1913), un entomologiste anglais, publie une première confirmation de la théorie darwinienne. Bates – qui explorait la vallée amazonienne – y décrit qu’une espèce de papillons a évolué de telle manière qu’elle copie exactement les couleurs d’une autre espèce toxique pour les oiseaux : le papillon imitateur est (relativement) protégé des prédateurs à moindre frais puisqu’il ne dépense aucune énergie à produire des toxines… ce qui n’est pas le cas de l’imité qui, de plus, voit parfois sa protection anéantie par des oiseaux s’étant rendu compte de la supercherie de l’imitateur !

      Ce type de mimétisme a été surtout décrit chez les insectes, notamment sociaux, comme les guêpes (certains papillons imitent leurs couleurs et leurs formes) et les fourmis. Concernant ces dernières, on peut citer le cas de certaines araignées qui imitent à la perfection leur aspect : ici, l’arachnide utilise sa paire de pattes surnuméraires en guise d’antennes qu’elle élève et fait vibrer tout comme les antennes d’une fourmi : gare alors à la proie qui se fait tromper !

      D’autres animaux ont recours à ces subterfuges comme la couleuvre faux-corail, inoffensive, qui imite le vénimeux serpent corail et tient ainsi à distance ses prédateurs.

           * le mimétisme selon Muller

      Un an après Henry Bates, en 1864, un biologiste allemand, Fritz Muller (1821-1897) publie un ouvrage « Für Darwin » (pour Darwin) où, ayant étudié tout spécialement les écrevisses, il explique combien la théorie de la sélection naturelle est juste. Il s’intéresse au mimétisme et décrit l’association originale de fourmis avec un arbre tropical, le cecropia : les insectes protègent l’arbre des plantes grimpantes et des parasites tandis que, en retour, les fourmis trouvent là un refuge et divers moyens de nutrition. Tout le monde trouve son avantage et – fait à souligner - il n’y a donc pas tromperie, contrairement au cas précédent…

      C’est Muller qui, le premier, va expliquer quelques années plus tard une forme différente de mimétisme. Dans le cas de Bates, on évoquait des espèces inoffensives qui, pour se protéger, copiaient des espèces toxiques. Muller décrit, lui, le mimétisme de deux espèces toxiques et vénéneuses entre elles (on n’en comprenait guère l’intérêt) ce qui est fort différent du mimétisme de Bates puisque, ici, répétons-le, il n’y a pas tromperie : Muller explique que le fait de posséder une même apparence permet aux deux espèces en question d’avoir des bénéfices communs ; en effet, toutes deux vont entraîner la répulsion des prédateurs à plus grande échelle, et cela permet d’améliorer la qualité de leur système de défense : on peut en effet penser que, à force de voir des formes vénéneuses à ne pas toucher, le prédateur finira par banaliser leur évitement.

           * le mimétisme selon Mertens

      On a vu des espèces inoffensives qui « copient » des espèces vénéneuses (Bates), des espèces vénéneuses qui se copient entre elles (Muller) ; reste donc un troisième cas de figure : celui d’espèces vénéneuses qui copient des espèces inoffensives. C’est un spécialiste des reptiles, Robert Mertens (1894-1975), qui rapportera cette forme très spéciale de mimétisme.

      Très spéciale, en effet, puisque, en pareil cas, l’imitateur toxique imite un sujet non toxique au risque d’être attaqué (et mangé) par le prédateur mais en entrainant ainsi sa mort : quel intérêt, me direz-vous, de tuer en mourant ? C’est que l’imitateur essaie de copier une espèce non pas mortelle mais simplement désagréable à manger pour le prédateur. De ce fait, il est protégé dans la mesure où le prédateur n’attaque plus jamais tout ce qui ressemble à l’espèce « désagréable ». Un sacré pari mais qui, semble-t-il, peut porter ses fruits.

           * l’automimétisme

      Dans ce cas, seule une partie de l’imitateur est concernée : c’est, par exemple, le cas d’un papillon, le grand paon de nuit, qui possède sur ses ailes un dessin imitant un œil (appelé ocelle). Lorsque le prédateur se présente, le papillon ouvre brusquement ses ailes et a le temps de s’enfuir face à la surprise de l’attaquant. Ailleurs, le serpent faux-corail (Anilius scytale, à ne pas confondre avec la couleuvre faux-corail déjà citée), lorsqu’il est attaqué, redresse sa queue en l’air et se met à la balancer comme s’il s’agissait de sa tête… qui, elle, est bien cachée : un serpent à deux têtes, en somme !

           * le mimétisme reproductif

      Le but est ici d’utiliser un tiers pour permettre la diffusion de la semence et ce sont surtout les plantes – mais pas toujours - qui utilisent ce mimétisme très particulier puisqu’il n’y a pas de victimes. J’avais évoqué dans un sujet précédent (cf. comportements animaux et évolution) le cas tout à fait extraordinaire de ces orchidées qui imitent à s’y méprendre le corps d’une abeille ou d’une guêpe de façon à ce que l’insecte, trompé, se barbouille de pollen qu’il exportera sur une orchidée voisine permettant ainsi la reproduction de l’espèce.

      Nous avons également évoqué le cas du coucou qui place ses œufs dans le nid d’une autre espèce afin qu’ils y soient couvés et nourris sans le moindre effort de leurs géniteurs. Mais que penser de l’oiseau-lyre, animal vivant en Australie, qui est capable de reproduire n’importe quel bruit de son environnement ? En effet, la femelle de cette espèce est sensible au mâle qui produira le chant le plus élaboré ; dès lors, le mâle oiseau-lyre peut tout imiter : les chants de n’importe quel autre oiseau mais également le bruit de la tronçonneuse des bucherons, l'alarme d'une voiture  ou le déclic de l’appareil photo de l’ornithologue venu l’étudier ! La Nature est parfois étonnante.

      Comme toujours lorsqu’on évoque l’évolution des êtres vivants, s’il existe une caractéristique particulière d’apparence ou de comportement adoptée par une espèce, c’est que la sélection naturelle l’a retenu comme un avantage sélectif, un « plus » qui permet à son détenteur de mieux résister à la dure compétition des êtres vivants entre eux. Le mimétisme est un de ces moyens sélectionné par l’évolution. A celui qui contemple ces facultés singulières sans y avoir véritablement réfléchi, une question se pose inévitablement : comment ne pas penser qu’il y a un but, une finalité à tout cela ?

Mimétisme et évolution

      Au fond, on peut assez bien comprendre le camouflage : une mutation permet de donner à certains individus un avantage précieux d’où sa pérennisation. L’exemple bien connu du phalène du bouleau nous le démontre. Voilà un papillon de couleur claire qui peuplait la campagne anglaise d’avant la révolution industrielle. Viennent les hommes et leurs industries qui, par les suies et autres pollutions, transforment l’environnement au point que même les arbres qu’habitent ces papillons se parent de teintes sombres. Presque aussitôt, on s’aperçoit que de blancs, les phalènes sont presque tous devenus noirs : en effet, les blancs, trop visibles, ont disparu victime de la prédation. L’Homme s’efforce de diminuer la pollution et reparaissent les papillons blancs tandis que les noirs succombent à leur tour sous la dent des prédateurs. Une simple mutation portant sur la répartition de la mélanine sépare en fait les deux formes... Il s’agit, on le voit, d’un mécanisme en définitive assez simple. Mais le mimétisme ? Le mime qui copie à la perfection pour se parer de la terreur qu’inspire son modèle ? L’orchidée qui imite une abeille au point que même un scientifique avisé pourrait s’y tromper ? N’y a-t-il pas là un phénomène bien plus complexe et, peut-être, inexplicable ?

      Dans le cas du mimétisme, on a affaire à une coévolution entre trois acteurs différents, nous l’avons dit. Mais comment ce processus si complexe est-il possible ? C’est là qu’intervient le facteur-temps, un concept bien difficile à saisir pour nos cerveaux dont la vie est si courte. C’est qu’il en faut des millions d’années (des millions alors que seulement 2000 ans nous séparent historiquement de l’Antiquité) pour qu’un tel phénomène apparaisse. Cela nécessite nombre « d’essais » de la Nature, de « retours en arrière » parfois, des impasses évolutives, etc., bref des millions de générations avant que ne survienne – progressivement - la modification salvatrice. Seule la sélection naturelle au fil du temps peut expliquer l’apparition de telles adaptations à l’environnement. Que ce dernier change et les nantis deviennent victimes tandis qu’apparaissent de nouveaux élus…

      99% des espèces ayant un jour peuplé notre sol ont aujourd’hui disparu, soit balayées par de (trop) brutaux changements de l’environnement, soit transformées en des espèces mieux adaptées. Une seule raison à cela : la modification des habitats qui n’est due qu’au hasard (volcanisme, submersions marines, tremblements de terre, glaciations, etc.). Il faut donc toujours s’adapter : devenir plus fort, plus caché ou plus malin. Le mimétisme est un de ces moyens, un parmi d’autres : un cheminement long, laborieux, compliqué dont le seul hasard est le maître d’œuvre.

Images

 1. invisible si immobile (sources :  flickr.com )

2. orchidée-abeille (sources : genevieve.lehoux.over-blog.com)

3. araignée formicomorphe (sources :tpe-mimetisme.e-monsite.com)

4. mylabre (sources : crdp.ac-bordeaux.fr)

5. grand paon de nuit (sources : aramel.free.fr/)

6. oiseau-lyre d'Australie (sources : www.kamaz.fr)

7 et 8. phalènes du bouleau (sources : www.futura-sciences.com)

9. couleuvre faux-corail (sources : library.kiwix.org)

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

Mots-clés : sélection naturelle - théorie de l'évolution - camouflage ou mimétisme cryptique - Henry Walter Bates - orchidée "trompe-insectes" - araignée formicomorphe - Fritz Müller - Robert Mertens - automimétisme - serpent faux-corail - couleuvre faux-corail - mimétisme reproductif - oiseau-lyre - phalène du bouleau

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

Articles connexes sur le blog

1. les mécanismes de l'évolution

2. indifférence de la Nature

3. insectes sociaux et comportements altruistes

4. reproduction sexuée et sélection naturelle

5. comportements animaux et évolution

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Mise à jour : 8 mars 2023

     Dans les ciels d’avant la révolution industrielle, loin des fumées et des pollutions lumineuses d’aujourd’hui, pour peu que la nuit ait été dégagée, seules quelques nappes de brouillard en hiver ou une brume de chaleur en été pouvaient empêcher de contempler l’infini. Il suffisait de marcher quelques dizaines de mètres pour s’éloigner des villes ou des villages afin de se confronter à cet univers à la fois si proche et si lointain.

     Nombre d’objets étaient alors accessibles à l’œil humain : les étoiles et les planètes bien sûr, les premières se différenciant des secondes par leur scintillement et leur apparente immobilité entre elles. Une comète, de temps à autre, venait ajouter à ce bel équilibre son panache lumineux, porteur ici-bas d’interprétations diverses. Des nébulosités étranges que l’on ne savait pas encore décrypter complétaient ce tableau féérique, ponctué à certaines périodes de l’année par des essaims de météorites qu’on appelait étoiles filantes. Parfois, mais rarement, des intrus venaient se mêler à ce spectacle si connu parce qu’observé tant de fois au fil des saisons : des étoiles nouvelles. Ces apparitions fort inattendues étaient effectivement bien des étoiles – leur scintillement le prouvait – mais ces astres souvent très lumineux au point d’éclipser leurs compagnes éphémères ne vivaient que peu de temps, quelques semaines voire quelques mois au plus. On les appela novas.

     La chronique a retenu l’apparition de quelques unes de ces novas, souvent corrélées à un événement important de notre histoire afin d’en tirer une signification magique. Ainsi, en 1006, les astronomes du monde d’alors, Européens, Japonais, Chinois, Egyptiens, Irakiens, d’autres peut-être encore, mentionnèrent l’apparition d’une étoile nouvelle, probablement la plus brillante observée durant les temps historiques : l’astre resta visible près d’un an et les écrits mentionnent que son éclat était si intense que, mis à part le Soleil, c’était la seule étoile capable de produire des ombres à la surface de la Terre. Quelques années plus tard, en 1054, une autre nova défraya la chronique, surtout en Extrême-Orient, où elle fut observée pendant près de deux ans, restant durant trois semaines visible en plein jour, tandis que ses restes, la nébuleuse dite du Crabe, ne furent identifiés par les Européens qu’au XVIIIème siècle.

     Ces « étoiles nouvelles »  sont rares : les statistiques nous disent qu’elles ne sont que deux ou trois par siècle dans la Voie lactée… Toutefois, depuis qu’existent les instruments de l’époque moderne, aucune nova n’y a été repérée, les seules récemment visibles appartenant à des galaxies extérieures ! Alors que sont au juste ces astres fugaces ?

Novas

     Il convient de bien saisir avant toutes choses que novas et supernovas sont de nature très différente et qu’elles ne doivent donc pas être confondues. Presque toujours, les astres décrits dans les temps historiques comme étant des novas sont en réalité des supernovas, des entités sur lesquelles nous reviendrons secondairement.

     Une nova, quant à elle, est une étoile qui, brutalement, voit son éclat extraordinairement amplifié, parfois jusqu’à dix fois sa valeur de base, avant, au bout de quelques jours, de revenir à sa brillance initiale. Il s’agit, en réalité, non pas d’une étoile mais d’un système binaire (voir le sujet : étoiles doubles et systèmes multiples) qui, à un moment de son existence, se trouve déséquilibré : on a le plus souvent affaire à un vieux système stellaire associant une naine blanche à sa compagne devenue une géante rouge (voir le sujet : mort d’une étoile). Cette dernière en gonflant démesurément va perdre une partie de sa masse au profit de la naine blanche qui la capte en formant autour d’elle un disque d’accrétion finissant par tomber à sa surface. Les gaz provenant de la géante rouge sont surtout de l’hydrogène et de l’hélium et la naine blanche, en raison de son énorme gravité, va les écraser. Ces gaz sont alors portés à des températures extrêmes au point, la masse critique une fois atteinte, d’entraîner une explosion thermonucléaire par transformation de l’hélium en métaux plus lourds : les gaz de surface sont alors projetés dans le vide, l’énergie libérée entraînant un éclat intense mais qui dure peu. Le phénomène se reproduira tant que la géante rouge aura des matières à fournir à la naine blanche (il arrive que, sous la violence du choc, la naine blanche explose mettant ainsi fin au processus).

     On connaît des novas qui ont déjà vécu plusieurs explosions successives toutes marquées par l’augmentation temporaire de leur éclat (cas, par exemple, de RS Ophiuchi qui a subi six « éruptions » depuis un peu plus de cent ans). A chaque fois qu’une explosion se produit, là où il n’y avait jusqu’alors rien dans le ciel, apparaît un astre nouveau, une nova, dont l’existence sera extrêmement brève. Les astronomes connaissent bien ce type d’objets mais ces novas, finalement pas assez intenses compte tenu de l’éloignement, ne sont pas celles que virent les anciens des siècles passés : il s’agissait presque toujours d’un autre type de phénomènes liés à ce qu’on appelle des supernovas.

Supernovas

     Effectivement, ce sont bien des supernovas que les anciens ont observé dans le passé car l’énergie dissipée par le phénomène est bien plus grande que les " simples novas " dont nous venons de discuter. Le rayonnement énergétique d’une supernova – et donc la brillance – est tel qu’il peut égaler celui d’une galaxie entière (qui, rappelons-le, renferme environ 200 milliards d’étoiles). C’est la raison pour laquelle on peut observer la « nouvelle étoile » en plein jour, même s’il s’agit d’une supernova ayant explosé dans une galaxie proche (comme, par exemple, la galaxie d’Andromède) pourtant séparée de la Voie lactée par des millions d’années-lumière. Quel peut donc être le phénomène qui conduit à une telle débauche d’énergie pendant des mois ?

     Il existe deux mécanismes différents :

* l’un correspond à ce que nous avons évoqué plus haut en parlant des simples novas : parfois, lorsque, dans un couple stellaire, le cadavre d’étoile qu’est une naine blanche « attrape » trop de matière provenant de son compagnon, il finit par exploser : on parle alors de supernova thermonucléaire (ou de type I);

* l’autre processus est bien différent : ici, pas de système binaire mais une énorme étoile en fin de vie, un astre dont la masse est supérieure à au moins huit masses solaires : nous avons déjà évoqué ce phénomène dans le sujet : mort d’une étoile. On parlera ici de supernova par effondrement de cœur (ou de type II).

     Voyons cela d’un peu plus près.

Processus conduisant à la formation des supernovas

          * supernovas de type thermonucléaire

     On a donc affaire à une naine blanche, dernier stade évolutif d’une étoile de masse inférieure à huit masses solaires (la grande majorité) qui, normalement, s’éteint progressivement pendant des milliards d’années jusqu’à devenir une naine noire, simple conglomérat de matière inerte. Toutefois, plus d’une fois sur deux, ce reste d’étoile fait partie d’un système multiple comprenant une autre étoile également en fin de vie mais à un stade moins avancé comme une géante rouge. L’expansion de cette géante, on l’a dit, provoque l’attraction de matière sur la naine d’où les phénomènes de simple nova. Toutefois, il arrive que la naine attire finalement trop de matière (on parle alors de limite de Chandrasekhar) et la pression interne de celle-ci devient trop faible pour contrebalancer sa gravité propre : la naine s’effondre sur elle-même entraînant l’allumage des atomes de carbone et d’oxygène qui la composent. A la différence des étoiles en cours de vie, la naine ne peut pas se dilater : les réactions de fusion s’amplifient et tout se termine dans une gigantesque explosion thermonucléaire, l’énergie alors libérée expliquant la soudaine luminosité.

          * supernovas à effondrement de cœur

     On l’a déjà évoqué par ailleurs, une étoile dont la masse est supérieure à huit masses solaires va terminer sa vie en étoile à neutrons. Ces étoiles, à la différence de leurs sœurs moins massives (comme le Soleil) qui meurent lorsqu’elles ont épuisé leur réserve d’hélium, sont le lieu de réactions plus complexes. Du fait de leur masse énorme, de nouvelles réactions nucléaires sont présentes chez elles qui conduisent en fin de cycle à la création d’atomes de fer, atomes très stables et incapables de fusionner. Ce cœur de fer ne peut que s’effondrer sur lui-même dans ce qu’on appelle une pression de dégénérescence pour aboutir à la formation de neutrons (d’où le nom d’étoiles à neutrons). Dans le même temps, les couches extérieures de l’étoile s’effondrent aussi et vont rebondir sur le noyau de fer incompressible. Le résultat ? Une terrible onde de choc qui va souffler l’enveloppe de l’étoile et l’expulser dans le vide à des vitesses considérables (plusieurs milliers de km par seconde). Cette extraordinaire débauche d’énergie fait briller l’étoile comme des milliards de soleils… Une fois l’intense luminosité passée, on ne voit plus, à l’endroit de l’explosion, que les restes en expansion rapide des couches externes de l’étoile : on parle alors de « rémanent de la supernova ». Ce sont ces restes que nos télescopes peuvent voir sous la forme de la nébuleuse du Crabe, derniers vestiges de la supernova de 1054.

          * hypernovas

     Les étoiles hypermassives (30 à 40 masses solaires) peuvent terminer leur vie en hypernova, c'est-à-dire se transformer directement en trous noirs : il s’agit là d’un phénomène encore hypothétique mais susceptible d’expliquer les sursauts gamma, ces explosions soudaines d’énergie figurant parmi les plus fortes de l’Univers.

Les novas, marqueurs de notre imaginaire

     Les apparitions soudaines de ces étoiles nouvelles ont profondément marqué l’imaginaire de nos ancêtres qui y voyaient une manifestation divine pour certains ou le présage annonciateur de catastrophes pour d’autres. Dans tous les cas, on craignait ces transformations inattendues du ciel. Et si les principales observations de tels phénomènes proviennent de l’Orient, c’est que, sous nos latitudes, jusqu’à la révolution copernicienne, on estimait que, selon les Ecritures, le ciel ne pouvait être  qu’immuable (voir le sujet : la Terre, centre du Monde). Rien ne devait bouger dans l’Univers supralunaire…

     Il s’agit pourtant de phénomènes parfaitement explicables et même nécessaires puisque la mort de ces étoiles massives permet l’ensemencement des galaxies en atomes lourds qui n’existaient évidemment pas avec la première génération d’étoiles, celles qu’on appelle « primordiales ». On pense même que notre propre système solaire a pu « s’allumer » à la suite de l’explosion d’une supernova proche… Quoi qu’il en soit, il est certain que sans ces astres du temps jadis le Soleil et son système planétaire ne seraient certainement pas ce qu’ils sont : un endroit propice à la Vie.

Images

1. ciel nocturne sur Flagstaff, Arizona (sources : apod.nasa.gov)

2. supernova 1994D dans la galaxie NGC5426 (sources : www.pixheaven.net)

3. nébuleuse du crabe (sources :  amicaldauphin.spaces.live.com)

4. dessin d'artiste d'un couple stellaire conduisant à une nova (sources : www.futura-sciences.com)

5. supernova 2005df (sources : en.wikipedia.org)

6. mécanisme de formation d'une supernova de type I (sources : en.wikipedia.org)

7. supernova de type II (sources : whillyard.com)

8. rémanent de la supernova Tycho de 1572 (sources : www.universetoday.com)

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

Mots-clés : nova de 1006 - nova de 1054 (nébuleuse du Crabe) - système stellaire binaire - naine blanche - géante rouge - disque d'accrétion - limite de Chandrasekhar - étoile à neutrons - rémanent de supernova - sursauts gamma - étoiles primordiales

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Articles connexes sur le blog

* la Terre, centre du Monde

* mort d’une étoile

* étoiles doubles et systèmes multiples

* la mort du système solaire

* les étoiles primordiales

* sursauts gamma

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Mise à jour : 8 mars 2023

    Observer l’Univers qui l’entoure, depuis le plus petit grain de sable jusqu’à l’étoile lointaine, a, de tout temps, passionné l’Homme. Une manière certaine de se situer, d’expliquer sa présence, d’anticiper son avenir peut-être. Mais l’observation n’est que le début : homo sapiens, grâce à son cerveau capable d’abstraction, a presque aussitôt cherché à le comprendre, cet Univers, à le décrypter, à l’interpréter. Pour cela, il devait identifier les grandes lois physiques et mathématiques qui expliquent son agencement. Durant des siècles, s’affranchissant peu à peu des obscurantismes et des préjugés, les scientifiques ont bâti des théories, accumulé des expériences, édifié des modèles, amassé patiemment certitudes et probabilités. Après Newton, c’est Albert Einstein qui, le premier, réussit à expliquer de façon convaincante l’une des quatre grandes forces de notre environnement, la gravitation, dans sa théorie de la relativité générale (voir sujet : théorie de la relativité générale). Les trois autres forces fondamentales (interaction faible, interaction forte et électromagnétisme : voir sujet : les constituants de la matière) furent unifiées par la mécanique quantique (voir sujet : mécanique quantique) quelques années plus tard. Tout est donc parfait ? Hélas non car ces deux théories, la relativité einsteinienne et la physique des quantas, sont complètement incompatibles... Or, si l’on veut vraiment connaître les mécanismes régissant l’Univers dont nous faisons partie, il est indispensable d’avoir une explication physique globale : il est en effet peu probable que l’Univers réponde à des lois différentes selon l’endroit ou les niveaux d’où on l’observe. Vers la fin du siècle dernier, un certain nombre de théories unificatrices ont vu le jour et la plus prometteuse d’entre elles semble être la théorie des cordes.

Genèse de la théorie des cordes

     Vers 1950, il n’était toujours pas possible de comprendre vraiment la physique des particules plus petites que l’atome, particules que l’on appelle des hadrons (il s’agit en fait de particules élémentaires comme les quarks constituant protons et neutrons eux-mêmes formant le noyau des atomes, les gluons responsables de l’interaction forte entre les quarks, etc.). Tout ce petit monde fort complexe est bien régi par la mécanique quantique mais sans que l’on ait d’explication véritable sur leurs interactions. Il faudra attendre 1973 et l’arrivée d’une nouvelle théorie, la chromodynamique quantique, pour y voir un peu plus clair mais de façon encore partielle.

     C’est environ 10 ans plus tard que l’on entend réellement parler de la théorie des cordes qui se propose – puisque les particules restent en grande partie mystérieuses – de les penser autrement : dans cette théorie, les entités basiques de la physique, ces fameuses particules subatomiques, ne sont plus considérées comme des objets ponctuels mais comme des cordes infinitésimales formant des boucles qui vibreraient en possédant une tension, tout comme un élastique dont la tension s’accroit au fur et à mesure qu’on l’étire. Rappelons-nous que chaque particule subatomique est identifiée par son spin, c'est-à-dire une caractéristique particulière qui lui est propre (comme, également, la charge électrique ou la masse) représentant ici l’énergie cinétique de la particule tournant sur elle-même autour d’un axe. La théorie des cordes prétend que ce sont ces vibrations à des fréquences diverses qui expliquent les variations de spins observées et donc les différentes particules. Du coup, les divers types de cordes et leurs vibrations multiples seraient à l’origine de toutes les particules élémentaires de notre univers. Bien entendu, la théorie s’appuie sur de savantes équations mathématiques (notamment la théorie des surfaces de Riemann) que je serais bien en peine ici d'expliquer… Quoi qu’il en soit, il s’agit là d’une remise en cause complète, et de notre perception, et de notre compréhension de la physique subatomique.

Une théorie séduisante mais pas encore démontrée

     Les spécialistes de la question le disent et on les croit : pour permettre l’unification des deux grandes physiques, la théorie des cordes doit satisfaire à trois conditions principales :

    1. toutes les particules subatomiques sans exception doivent entrer dans le cadre de la théorie ;

     2. la théorie doit parfaitement décrire la gravitation 

     3. ce qui entraîne le fait qu’il doit s’agir d’une théorie géométrique, seul moyen de prendre en compte  cette gravitation.

     Que disent les équations de la théorie des cordes ? Que les trois conditions qu’on vient de voir lui sont tout à fait accessibles… à la condition qu’on considère un espace-temps à au moins dix dimensions ! Ce qui pose problème puisque dans notre univers (en tout cas pour sa partie visible) il n’existe que quatre dimensions ! L’ennui est que lorsqu’on revient à quatre dimensions, l’unicité de la théorie si intéressante disparaît… La cohérence mathématique de la théorie exige donc plus de dimensions qu’il ne semble y en avoir dans notre monde : ses partisans nous affirment que, en réalité, ces dimensions supplémentaires existent bel et bien mais qu’elles sont enroulées au niveau microscopique, un niveau des millions de fois inférieur à celui de l’atome. Cette affirmation doit être évidemment prouvée avant de valider la théorie : le retour (mathématique) à un espace-temps à quatre dimensions est donc le grand défi que s’efforcent de vaincre les chercheurs actuels de la théorie des cordes.

Une théorie unificatrice et ses conséquences

     Une chose est en tout cas certaine : la théorie des cordes (qui est en fait l’amalgame de plusieurs théories prenant en compte des cordes de natures différentes) semble être l’entreprise conceptuelle actuellement la plus à même d’associer la gravitation à la mécanique quantique et il est donc normal que cette aventure – extraordinairement théorique – passionne non seulement les chercheurs de physique fondamentale mais également les mathématiciens… et les astronomes.

     D’ailleurs, comme le lecteur l’aura certainement remarqué, j’ai fait figurer ce sujet non pas en physique (comme la mécanique quantique, par exemple) mais dans la catégorie des sujets d’astronomie et il y a de bonnes raisons à cela : de grandes interrogations existent toujours sur des phénomènes astronomiques importants tout simplement parce qu’on ne sait pas associer mécanique quantique et relativité générale.

          *  C’est par exemple, le cas des trous noirs. Voilà des objets dont on connait l’existence et dont on peut même mettre en évidence la réalité (du moins de façon indirecte puisque, par sa seule présence, un trou noir modifie la partie d’univers qui l’entoure) mais qu’on ne sait pas expliquer complètement (voir sujet : trous noirs).

      Pour mémoire, je rappelle qu’un trou noir est le stade évolutif terminal de très grosses étoiles : en effet, si la masse d’une étoile dépasse quarante fois celle de notre Soleil (MS), son noyau résiduel dégénéré peut dépasser les trois MS. En pareil cas, les forces de répulsion des composants atomiques dégénérés (neutrons et protons) ne peuvent plus s'opposer à la compression des forces gravitationnelles et la matière s’écrase sur elle-même sans que plus rien ne s’y oppose : on aboutit alors à la formation d’un trou noir dont la principale caractéristique est qu’aucune matière – pas même la lumière – ne peut s’en échapper. Avant l’anéantissement, on peut observer le disque d’accrétion, sorte de dernier ballet de la matière appelée à disparaître et qui dessine les abords du trou noir par l’échauffement gigantesque qu’elle subit (ce qui permet de repérer le phénomène). Puis, cette matière est absorbée par le trou noir, sans espoir de retour, et le moment où elle bascule vers l’inconnu se situe à ce que l’on nomme l’horizon du trou noir, dernière ligne encore visible avant le néant. Que devient-elle ensuite ? Ni la physique quantique, ni bien sûr la relativité ne peuvent répondre. Voilà donc un domaine où la théorie des cordes pourrait nous rendre de sérieux services…

          * Un autre sujet – et non des moindres – qui passionne les astronomes, notamment ceux qui s’intéressent à la cosmologie, est le Big-Bang. Ou, pour être encore plus général, le début de notre univers. Dans le sujet dédié (voir : Big bang et origine de l’Univers), nous avions vu que, en remontant le temps jusqu’aux origines, à partir d’un certain moment appelé temps de Planck, très précisément à 10^-43 seconde après le début, les quatre forces fondamentales que nous avons évoquées plus haut sont fusionnées en une force unique, la supergravité. A cet instant, très court mais si important, les lois de la physique classique ne s’appliquent plus (ou pas encore). La théorie des cordes serait elle susceptible de nous aider à comprendre comment tout a commencé ?

     D’autres problèmes d’astronomie restent – si j’ose dire – en souffrance et on aimerait bien une théorie (en fait un ensemble de lois mathématiques conduisant à un modèle qu’il serait possible d’expérimenter par la suite) nous permettant de les expliquer…

La théorie des cordes a-t-elle un intérêt autre que… théorique ?

     La réponse est à l’évidence oui ! S’acharner à unifier des théories physiques compliquées en une théorie encore plus complexe ne relève pas d’un simple jeu mathématique pour quelques initiés, fussent-ils géniaux. Les retombées d’une telle entreprise, si elle devait aboutir, seraient considérables. Evidemment, comme on vient de le voir, ou pourrait en apprendre énormément sur notre Univers (et donc sur nous-mêmes) mais pas seulement. Il suffit de se rappeler combien la physique quantique a été décriée à ses débuts : certains scientifiques criaient à la mystification, ne pouvant comprendre comment on pouvait tirer des lois à partir du pur hasard ; d’autres riaient à la lecture de qu’ils considéraient comme un salmigondis. D’autres encore, plus sages peut-être comme le grand Einstein lui-même, préféraient attendre dans une prudente réserve teintée de scepticisme. Et pourtant ! Sans mécanique quantique, pas de contrôle de l’électron et donc ni transistors, ni informatique. Pas non plus de supraconduction et d’imagerie médicale de type résonnance magnétique nucléaire (IRM). Sans elle, on ne saurait toujours pas contrôler la lumière pour réaliser les faisceaux laser de nos lecteurs de DVD. Même chose pour les centrales nucléaires… La mécanique quantique, si mal comprise car si imprévisible et apparemment si contraire à notre logique, a transformé notre monde.

      Si l’on arrive à écrire des équations universelles de la théorie des cordes et à formaliser la théorie unificatrice, les conséquences pratiques – impossibles évidemment à imaginer aujourd’hui - en seront certainement considérables. Au-delà de la satisfaction d’avoir compris un peu plus notre univers, les transformations de notre quotidien seront telles qu’il faut souhaiter de l’intuition, beaucoup de patience et peut-être un peu de chance à ces chercheurs si particuliers.

Images

1. galaxie NGC 4945 (sources : www.eso.org)

2. constituants de l'atome (sources : abyss.uoregon.edu)

3. cordes (sources : hypersite.free.fr/)

4. univers multidimensionnel (sources : techno-science.net) 

5. dessin d'un trou noir (sources ; paturage.files.wordpress.com)

6. simulation des premiers instants de l'Univers (sources : irfu.cea.fr/)

7. homecinema (sources : le-showroom.ecranlounge.com)

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Mots-clés :  relativité générale - mécanique quantique - hadron - quark - gluon - chromodynamique quantique - trou noir - Big bang - supergravité  - temps de Planck - théorie unificatrice de la physique - théorie des cordes (compléments)

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* Big bang et origine de l'Univers

* théorie de le relativité générale

* mécanique quantique

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 Mise à jour : 8 mars 2023

      La disparition des grands sauriens date de – 65 millions d’années et elle s’est faite rapidement, en quelques milliers d’années, ce qui est très court comparé à leur règne qui s’étale sur plus de 150 millions d’années. On a expliqué dans des sujets précédents combien il était probable que cette disparition a été hâtée par la chute d’une météorite géante sur des populations déjà en déclin (voir sujets : la disparition des dinosaures et l'empire des dinosaures). Quoi qu’il en soit, une niche écologique majeure s’est trouvée libérée pour des successeurs potentiels qui vivaient jusque là dans l’ombre, les mammifères.

     Il est néanmoins intéressant de noter qu’une compétition s’engagea assez rapidement entre deux types de mammifères : les placentaires et les marsupiaux, l’Evolution ayant donné dans chacun de ces deux groupes des individus également armés comme on le verra ensuite (on parle alors d’évolution parallèle, c’est-à dire l’acquisition de caractéristiques semblables dans deux espèces occupant un même espace, à ne pas confondre avec une évolution convergente qui donne des attributs identiques à deux populations existant à des époques ou dans des écosystèmes différents).

Placentaires et marsupiaux

     Les mammifères sont pratiquement contemporains des dinosaures. Toutefois, dès le début, la suprématie des grands sauriens se révèle indiscutable et les mammifères doivent se contenter de la portion congrue : à cette époque, ils sont représentés par de petits vertébrés à sang chaud (dont certains possèdent une fourrure) et qui, vivant principalement la nuit, se nourrissent d’insectes, de vers et parfois… d’œufs de dinosaures.

     Tout change pour les mammifères à la fin du crétacé, très précisément lors de ce que l’on nomme la " limite KT ", où une extinction massive touche nombre d’espèces vivantes, au premier rang desquelles les dinosaures. On entre alors dans le cénozoïque (ancienne époque tertiaire) dont les premiers millions d’années sont le paléogène et c’est à partir de cette époque lointaine que va se développer la « radiation » des mammifères, c'est-à-dire leur conquête de tous les milieux laissé vacants par leurs gigantesques prédécesseurs. Rapidement deux sous-classes de mammifères apparaissent, les placentaires et les marsupiaux, vraisemblablement à partir d’une souche commune originaire d’Amérique du nord, et probablement en raison, à cette époque, de l’isolement  des continents (voir le sujet : dérive des continents ou tectonique des plaques), ils ne rentreront véritablement en compétition que plus tardivement.

          *  mammifères marsupiaux

     Chez les marsupiaux (du grec marsipos = sac), la femelle possède une poche ventrale dans laquelle, peu après sa naissance, se développe son petit. En effet, point important, après environ 3 semaines,  l’enfant marsupial se retrouve extériorisé sous la forme d’un fœtus très primitif au point que certains scientifiques l’ont baptisé « larve marsupiale ». L’enfant devra donc procéder à son développement définitif dans la poche externe de sa mère. C’est dire que cette croissance - qui prendra plusieurs mois - laisse la femelle et son petit très vulnérables à la prédation.

     Il existe encore aujourd’hui un peu moins de 300 espèces différentes de marsupiaux, notamment des kangourous (mais dont le nombre d’espèces est passé en 150 ans de 42 à moins de 15). Les kangourous sont les plus grands marsupiaux toujours vivants mais, au paléogène et jusqu’à assez récemment, existaient des espèces bien plus grandes, parfois de la taille d’un hippopotame, herbivores (comme le diptrodon ou le Nototherium) ou carnivores comme le thylacosmilus qui était une sorte de tigre à dents de sabre marsupial dont le poids pouvait dépasser les 100 kg.

          *  mammifères placentaires

     Ils représentent l’immense majorité des mammifères et c’est de ce groupe d’animaux dont nous sommes issus. A la différence des marsupiaux que nous venons d’évoquer, les placentaires – comme leur nom l’indique – ont une gestation totalement intra-utérine : les petits sont ainsi bien plus longtemps protégés de toute agression extérieure en  se développant au sein d’un sac interne à la mère, le placenta. La liaison avec celle-ci se fait au moyen du cordon ombilical et du liquide amniotique dans lequel baigne le petit : il s’agit donc là d’une protection maximale mais pas seulement car le placenta a bien d’autres rôles. Il permet en effet une nutrition complète en différents éléments (sucres, minéraux, acides aminés, etc.) mais aussi une certaine fonction respiratoire, le recyclage des déchets (fonction excrétrice) et une activité hormonale (fonction endocrine). Signalons aussi que le placenta a un rôle majeur en immunologie en assurant une barrière entre l’enfant et le monde extérieur. On comprend donc aisément que la gestation paraît mieux protégée chez les placentaires que les marsupiaux. Cela explique-t-il la plus grande réussite des placentaires dans leur colonisation de la Terre ? En effet, ils sont présents partout dans le monde, non seulement sur la terre ferme mais aussi dans les océans (cétacés) et même dans l’air (chauve-souris ou chiroptères dont on oublie souvent que c’est le deuxième « ordre » de mammifères le plus nombreux, juste derrière les rongeurs).

Compétition entre mammifères

     A la fin du crétacé n’existaient probablement que 200 à 300 espèces de mammifères regroupées en un peu moins de 30 familles dont 1/3 était représenté par les placentaires, 1/3 par les marsupiaux, le dernier tiers relevant d’espèces n’ayant pas survécu. A cette époque, les donnes étaient équivalentes entre les deux grands groupes de mammifères. Survient alors la disparition des dinosaures et la radiation évolutive (on peut même parler « d’explosion évolutive ») des mammifères qu’on retrouve partout en quelques dizaines de milliers d’années. D’un point de vue très schématique, on peut dire que les placentaires ont surtout dominé les continents du nord tandis que les marsupiaux se trouvent en position de force dans l’hémisphère sud (à l’exception du continent africain où ils n’ont jamais été présents).

     C’est à la fin du trias que le supercontinent occupant jusque là la Terre, la Pangée, commence à se fractionner. On peut supposer que cette dislocation a permis durant longtemps la non-communication et donc l’absence de compétition entre les deux grands groupes de mammifères. Vient alors la formation de l’isthme de Panama qui permet l’irruption des placentaires vers le sud où ils vont progressivement remplacer les marsupiaux. D’un point de vue anatomique, les marsupiaux n’étaient pas réellement désavantagés ; le tigre marsupial à dents de sabre (thylacosmilus) devait certainement être aussi redoutable que son cousin placentaire, le smilodon. Pourtant rapidement les placentaires triomphent, ne laissant en Amérique du sud que quelques rares niches écologiques aux marsupiaux. Pour expliquer ce succès, la seule explication qui vient à l’esprit est celle de la différence liée à la gestation des petits qui, comme on l’a vu, semble plus performante chez les placentaires.

     L’Australie, restée isolée, est le dernier continent où dominent les marsupiaux. C’est à l’Homme que l’on doit la triste réalité du déclin des marsupiaux sur ce continent. La colonisation humaine coïncide avec l’introduction de mammifères placentaires tels certains herbivores, le chat, le lapin, etc. qui vont progressivement faire régresser les espèces autochtones endémiques. Ajoutons à cela une lutte sans discernement, pour des raisons essentiellement économiques, contre les marsupiaux : ces espèces sont aujourd’hui protégées mais il est déjà trop tard pour nombre d’entre elles (on pense notamment au chien marsupial dit loup de Tasmanie dont le dernier représentant fut exterminé en 1936).

La compétition interspécifique, fer de lance de l’Evolution

     Si l’on met de côté le rôle néfaste de l’Homme en Australie dont la prédominance exclusive a rompu la stabilité de l’écosystème naturel, force est de constater que partout où les marsupiaux ont rencontré les placentaires, ce sont ces derniers qui ont pris le dessus. Certes, il s’est parfois agi de dissemblances morphologiques et comportementales : le tigre marsupial à dents de sabre par exemple, était dans l’ensemble moins rapide et moins lourd que le smilodon, son concurrent placentaire. Cela n’explique toutefois pas tout. La vraie différence entre ces différentes espèces réside dans le mode de gestation, forcément défavorable comme on la vu, aux marsupiaux. L’Evolution, on l’a souvent répété, entraine la survie du plus apte, celle de l’individu le mieux adapté à son milieu et, de ce point de vue, les marsupiaux partaient avec un handicap.

     La gestation marsupiale, par exemple, oblige à une ossification plus précoce de la boîte crânienne ce qui limite forcément le développement du cerveau de l’individu. De la même façon, la croissance de l’embryon dans une poche externe empêche l’apparition d’individus de grande taille : impossible d’imaginer une baleine marsupiale ! Or, on sait que le développement de la taille d’un individu est un élément important dans la compétition interspécifique…

     C’est également la raison pour laquelle on ne retrouve pas de grands primates marsupiaux (je ne dis pas que cela était impossible – il existe des marsupiaux d’assez grande taille – mais seulement bien plus improbable). On peut affirmer au bout du compte que, si les marsupiaux avaient pour une raison quelconque dominé leurs cousins placentaires, jamais l’Homme et son gros cerveau n’auraient vu le jour. L’Evolution se serait dirigée dans une autre direction et nous ne serions pas là pour en parler.

Images

1a. loup (canis lupus) (sources : fr.academic.ru)

1b. kangourou (sources : www.dinosoria.com)

2. dinosaures (sources : s2.e-monsite.com)

3. larve marsupiale (sources : www.mnhn.fr/)

4. foetus dans son placenta (sources : medicalimages.allrefer.com)

5. dislocation de la Pangée (sources : www2.ggl.ulaval.ca)

6. Thylacosmilus ou tigre marsupial à dents de sabre (sources : fr.wikipedia.org)

7. primate (gorille) (sources : pin.primate.wisc.edu)

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

Mots-clés : disparition des dinosaures - mammifères placentaires - mammifères marsupiaux - évolution parallèle - évolution convergente - crétacé - limite K-T - cénozoïque - paléogène - radiation évolutive - larve marsupiale - thylacosmilus - Pangée - smilodon - loup de Tasmanie (thylacine)

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

  Articles connexes sur le blog :

* l'empire des dinosaures

* la disparition des dinosaures

* les mécanismes de l'évolution

* la dérive des continents ou tectonique des plaques

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 Mise à jour : 8 mars 2023

Pour admirer les étoiles, la recette est simple : il faut choisir une belle nuit sans Lune et sans nuages et s’installer confortablement dans un coin sombre, à l’abri des lueurs dérangeantes de la civilisation. Durant cinq à six minutes environ on laisse alors ses yeux s’habituer peu à peu à l’obscurité. De cette noirceur où flottaient difficilement quelques étoiles émergent progressivement des millions de points lumineux comme autant de diamants scintillants… Des millions ? Non, seulement quelques milliers, même pour l’œil le mieux aguerri, mais l’impression de foisonnement de ces minuscules lumières est si impressionnante que l’on se sent incroyablement petit sur notre coin de Terre.

Beaucoup d’anciens pensaient d’ailleurs qu’une sphère de velours sombre entourait notre planète en un écrin constellé de pléiades de pierres précieuses auxquelles, par leur proximité apparente, ils appliquaient des géométries compliquées en rapport avec leurs croyances d’éternité. On sait aujourd’hui que ces figures, les constellations, ne sont que des constructions imaginaires uniquement reliées par leurs luminosités relatives… Mais le bestiaire cosmique ainsi inventé est si riche que, encore de nos jours, on y fait souvent référence.

Si, au moyen d’un outil amplificateur comme, par exemple, une paire de jumelles, on tente d’explorer un par un ces astres lointains, il nous apparaît subjectivement qu’ils ne sont pas tous identiques  et que leur éclat semble variable. Et, en fait, leurs aspects sont dissemblables car, c’est vrai, les étoiles nous parlent : elles chantent et leurs mots sont en couleur.

 Des interrogations anciennes

Deux siècles avant J.C. les savants grecs se posaient déjà des questions sur la répartition des astres dans le ciel. C’est à Hipparque (vers 190 av. J.C. - 120 av. J.C.) que revint le mérite de chercher à classer les étoiles en 6 grandeurs par ordre d’éclat décroissant (étoiles de première grandeur pour les plus brillantes jusqu’à la sixième grandeur pour les moins lumineuses). Toutefois, ce classement pouvait prêter à confusion puisque se rapportant à la taille de l’étoile. On abandonna donc cette approche pour parler de magnitude apparente, des magnitudes séparées par un écart de brillance d’un échelon de 2,5. En d’autres termes, une étoile de magnitude 2 est 2,5 fois plus brillante qu’une étoile de magnitude 3 ce qui revient à dire que plus la magnitude d’une étoile est élevée, moins elle est brillante.

Ce système de magnitude apparente est trompeur car il ne correspond pas à la luminosité véritable de l’astre étudié en raison de sa distance qui est variable par rapport à la Terre : un astre peu lumineux peut, en réalité, l’être beaucoup mais c’est son éloignement qui le rend difficile à discerner. On introduisit en conséquence la notion de magnitude absolue en imaginant l’éclat de l’étoile observée si, comparée à ses sœurs, elle se trouvait à la même distance de la Terre que toutes les autres. On décida de retenir le chiffre de 10 parsecs (32,61 années-lumière) comme étalon standard de distance.

C’était assurément un progrès mais on décida de compléter le calcul avec celui de la couleur des étoiles qui donne, comme on le verra, une indication sur la chaleur de leur surface. On obtint ainsi les caractéristiques spectrales de chaque groupe d’astres, une classification encore en usage aujourd’hui, classification codifiée au début du XXème siècle par deux astronomes américains de l’observatoire d’Harvard, Antonia Maury (1866-1952) et Annie Cannon (1863-1941). Ajoutons que, pour tenir compte des différences de luminosité et de taille, les astronomes décidèrent de classer les astres selon leur éclat dans chacun des groupes identifiés.

Aujourd’hui, on sait donc plutôt bien « classer » réellement les étoiles d’après leurs caractéristiques : taille, éloignement, éclat et couleur. Mais justement pourquoi nos amies les étoiles peuvent-elles être de couleurs différentes ?

La couleur des étoiles

De la même façon que les étoiles sont de taille variable, elles ne sont pas toutes de la même couleur et cette couleur dépend de leur température et de leur âge. Au premier abord, c’est vrai, elles semblent blanches mais, comme nous le remarquions précédemment, si l’on observe plus attentivement chacune d’entre elles, on retrouve des teintes très souvent différentes : bleu, blanc, rouge, orangé, blanc-vert parfois et, d’une façon plus générale, nombre de nuances intermédiaires. Longtemps, cette disparité est restée sans explication et ce n’est qu’au début du XXème siècle qu’on a pu mieux la comprendre en définissant la physique du corps noir. Qu’est-ce qu’un corps noir, me direz vous ? Il s’agit en fait d’un objet idéal qui absorbe toute l’énergie électromagnétique sans n’en rien retransmettre : puisque la lumière est une onde électromagnétique, elle sera donc totalement absorbée par un corps noir. Considérons à présent une étoile comme un corps noir (un corps noir – c’est parfois difficile à saisir – n’est pas forcément noir mais seulement un objet qui ne réfléchit rien) : les courbes lumineuses émises par l’étoile elle-même lui sont donc propres, intégralement créées par elle. Puisque que l’on a remarqué que le spectre des étoiles était très semblable aux courbes de radiations d’un corps noir porté à différentes températures, la conclusion s’impose d’elle-même : les variations de couleur des étoiles sont la conséquence directe de leur température de surface et uniquement de cette température.

Plus une étoile sera chaude, plus elle aura un spectre important dans le bleu. A l’inverse, une étoile plus froide émettra dans le rouge et sera perçue comme telle.

Revenons un instant sur ces questions basiques d’optique physique : le spectre « continu visible » s’étend de 400 nm à 800 nm (nm signifiant nanomètre soit le milliardième du mètre). Vers 400 nm, on observe une couleur bleue (en dessous, c’est l’ultraviolet, non visible par l’œil humain mais accessible à l’œil de l’abeille) tandis que vers 800 nm on est dans la couleur rouge (et, au-delà dans l’infrarouge non visible). L’étude du spectre stellaire donnera donc une longueur d’onde dominante associée à la couleur et caractérisant la température de l’étoile étudiée. Prenons quelques exemples :

* Bételgeuse (alpha orionis) est une supergéante rouge de magnitude 1, située dans la constellation d’Orion à environ 500 années-lumière de la Terre, et accessoirement la 9^ème plus brillante étoile du ciel. Mille fois plus grosse que le Soleil, elle rayonne comme 100 000 Soleils réunis. Bien que jeune, elle est en fin de vie et explosera dans quelques milliers d’années en supernova. Son cœur s’effondre lentement, provoquant une gigantesque expansion de son rayon et donc la baisse de sa température de surface ce qui explique sa couleur rouge.

* Rigel (beta orionis) est une supergéante bleue qui fait également partie de la constellation d’Orion et est située à plus de 900 années-lumière de la Terre (ce qui, au passage, démontre l’absurdité de la notion de constellation). Septième étoile la plus brillante du ciel, elle est bien plus petite que Bételgeuse (84 fois la taille du Soleil) ce qui explique sa chaleur de surface notoirement plus élevée et donc sa belle couleur bleue. Pour l’anecdote, remarquons que cette supergéante fait partie d’un système ternaire puisque deux autres étoiles, Rigel B et Rigel C, gravitent avec elle en un système compliqué. Elle aussi a une espérance de vie courte et explosera probablement en un trou noir.

* le Soleil : la dominante spectrale de notre Soleil se situe vers 500 nm et donc dans le vert. Toutefois, l’ensemble de son spectre lui confère une couleur blanche (tirant légèrement sur le vert) qu’on lui connait… en dehors de la Terre ! En effet, depuis notre planète, bien que sa lumière soit blanche, en raison de la plus grande diffusion du bleu (d'une longueur d'onde de 400 nm) dans l'atmosphère que du rouge (longueur d'onde 800 nm), il apparaîtra jaune (et le ciel bleu).

Les astronomes se sont donc retrouvés face à un véritable kaléidoscope de couleurs et, dès le XXème siècle, ils ont cherché à y mettre un peu d'ordre. Première méthode logique retenue : classer les étoiles selon les éléments chimiques identifiés à leurs surfaces. Ils ont ainsi répertorié sept groupes distincts qu'ils ont ensuite décliné en ordre décroissant de température et désigné par les lettres O, B, A, F, G, K et M. Difficile de s'en rappeler ? Les scientifiques américains ont proposé l'amusant petit moyen mnémotechnique suivant : " Oh Be A Fine Girl, Kiss Me ! "...

De ce fait, une étoile comme Lambda d'Orion, une géante bleue dont la température de surface atteint les 35 000°, est classée dans le groupe O tandis que le Soleil (naine jaune à la température de surface égale à 5 000°) est de classe G et les étoiles rouges comme Antarès (3 600°) sont rassemblées dans le groupe M.

Toutefois - rien n'est jamais simple - tout cela était encore un peu imprécis et, du coup, chaque groupe a été subdivisé en 9 sous-groupes de telle façon que le Soleil est en fait une étoile classée de type G2 (plus froide qu'une G1 mais plus chaude qu'une G3)... Comme on va le voir, cette classification, certes pratique, n'est pas la seule.

Le fait de connaître la couleur (et donc la chaleur) d’une étoile corrélée à sa taille permet de connaître sa durée de vie, le stade où elle se trouve et, bien sûr, la manière dont elle mourra.

La vie des étoiles

On peut également classer les étoiles selon les différents stades de leurs existences. Dans un sujet précédent (voir : mort d'une étoile), j’avais décrit les différents types d’étoiles et leur avenir : en voici les principales lignes (pour plus de détails, on se reportera au texte indiqué).

* les étoiles peuvent être (sommairement) classées de la façon suivante :

a. les naines rouges, soit environ 80% des étoiles : elles sont relativement petites (moins de 0,8 masse solaire) et d’une grande longévité ; si grande même que, depuis le Big bang elles n’ont pas encore eu le temps de mourir. Leur chaleur est faible ce qui explique leur couleur. A titre d’exemple, Proxima du Centaure, notre plus proche voisine, est l’une de ces naines rouges.

b. les naines jaunes (10% des étoiles) : plus chaudes que les précédentes, leur masse est comprise entre une et huit masses solaires et c’est typiquement le cas de notre Soleil. Leur espérance de vie est encore respectable, environ 10 milliards d’années. Lorsque tout leur carburant nucléaire sera épuisé, elles se transformeront en

c. géantes rouges : la dilatation considérable à ce stade des couches externes de l’étoile combinée à l’effondrement de son cœur explique la couleur rouge de l’enveloppe stellaire, plus froide car à distance du centre.  Le stade ultime de l’évolution de ce type d’étoile, lorsque que ne restera plus que son cœur nu (l’enveloppe s’étant dispersée dans l’espace) est celui d’une…

d. …naine blanche : de la taille d’une planète, cet astre est composé de manière dégénérée hyperdense, incapable d’entretenir la moindre réaction thermonucléaire. Il s’agit donc déjà d’un cadavre d’étoile qui va progressivement s’éteindre au fil de millions d’années pour devenir une

e. naine noire : ces restes d’étoiles sont probablement nombreux dans l’univers mais, par définition, ils ne sont pas visibles.

f. les supergéantes bleues sont des étoiles jeunes massives (plus de 10 masses solaires) et extraordinairement lumineuses. Compte tenu de leur taille, leur espérance de vie est courte ; elles finissent par épuiser rapidement leur carburant nucléaire pour devenir des

g. supergéantes rouges (toujours par le même mécanisme d’expansion qui refroidit leurs couches externes) et explosent en supernovas (voir le sujet novas et supernovas), voire même en trous noirs (voir le sujet trous noirs) pour les plus massives d’entre elles Elles ne représentent que quelques pourcents de l’ensemble.

On peut donc réunir ces différentes populations d’étoiles dans un diagramme spécifique (diagramme HR) bien qu’il soit parfois difficile de déterminer précisément les caractéristiques de chacune, ne serait-ce que parce que les observations sont rendues malaisées lorsqu’existent des systèmes multiples d’étoiles (environ 50% des cas).

* Le diagramme HR dit de Hertzsprung-Russel permet de corréler luminosité et chaleur des étoiles et donc de définir leurs différentes populations et établir ainsi l’évolution stellaire. On peut alors constater que la majorité des étoiles se situe sur une ligne du diagramme appelée séquence principale où ces astres passeront la plus grande partie de leur vie tandis que ne s’en échappent que les atypiques comme les supergéantes ou ceux qui sont en fin de vie.

Evolution stellaire

Les étoiles, comme toutes choses en ce bas monde, ont une évolution – on pourrait dire une vie – parfaitement prévisible. Leur aspect renseigne ceux qui se donnent la peine de les observer. Leurs mots sont en couleur, disais-je en préambule, et ces mots nous expliquent l’univers dans lequel nous vivons. Ils nous font notamment comprendre combien le Soleil, qui est une étoile bien banale mais si particulière pour nous, est important puisqu’il autorise la vie – notre vie - sur cette planète.

Images :

 1. l'amas ouvert NGC 3603 (sources : philippe.boeuf.pagesperso-orange.fr )

2. Hipparque (sources : www.dimensions-math.org)

3. Aldébaran et Sirius (sources : www.webastro.net) 

4. Bételgeuse et Rigel (sources : www.webastro.net) 

5. la Croix du Sud (sources : http://antwrp.gsfc.nasa.gov )

6. Beta Cephi, une binaire bleue (sources : http://a.gerard4.free.fr)

7. diagramme de Hertzsprung-Russell (sources : http://fr.wikipedia.org)

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

Brêve : la couleur des étoiles

     Dans l'hémisphère boréal, les nuits de juin sont les plus courtes. Le Soleil rasant l'horizon nord, le crépuscule s'étend dans la soirée, et les étoiles se font attendre...

     Les plus brillantes, Arcturus du Bouvier, l'Epi de la Vierge et Véga de la Lyre, apparaissent entre 22h30 et 23 heures. C'est entre chien et loup, lorsque le bleu du ciel s'assombrit, qu'il est le plus facile d'observer la couleur des étoiles. A l'oeil nu, Véga apparaît d'un blanc éclatant, Arcturus franchement orangée et l'Epi légérement bleuté. Si leur couleur diffère, c'est parce que leur surface de gaz n'est pas porté à la même température : de 4600°C pour Arcturus, la plus froide, donc la plus rouge, à 20000°C pour l'Epi.

(Science & Vie, n° 1125, juin 2011, p. 149)

Mots-clés : Hipparque - magnitude - corps noir - Bételgeuse - Rigel - naine rouge - naine jaune - géante rouge - naine blanche - naine noire - supernova - trou noir - supergéante rouge - supergéante bleue - digramme de Hertzsprung-Russell

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

Articles connexes sur le blog :

* mort d'une étoile

* la mort du système solaire

* céphéides

* novas et supernovas

* le mystère Bételgeuse

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 Mise à jour : 5 mars 2023

Dans un sujet précédent (voir le propre de l'Homme), nous évoquions le fait que, contrairement à ce qui avait été longtemps pensé, le « rire n’est pas le propre de l’Homme » puisque certains animaux peuvent également user de cette émotion, notamment par dérision. Pour nous différencier de nos amies les bêtes ne restait alors plus que cette antienne : « l’Homme, seul, est capable de concevoir qu’il est mortel et que, un jour, le monde continuera à tourner sans lui… » L’animal, même le plus évolué (en dehors de l’Homme, évidemment) ne serait donc pas capable d’utiliser cette anticipation, probablement par manque de pouvoir d’abstraction : c’est, en tout cas, l’idée défendue par beaucoup. Toutefois, certains comportements animaliers, certaines attitudes peuvent laisser croire le contraire… Proposons-nous, aujourd’hui, de nous pencher sur cette intéressante – et angoissante – question mais en convenant, au préalable, de bien faire la distinction entre deux aspects fort différents du problème chez les animaux : le suicide et l’anticipation de leur propre mort.

Le suicide des animaux

La littérature abonde en signalements de « suicides » chez les animaux. Qui n’a pas entendu parler du scorpion qui, cerné par les flammes, préfère se piquer avec son dard ? Ailleurs, on évoque le chien qui meurt de chagrin sur la tombe de son maître ou les bancs de baleines s’échouant en un ensemble parfait et donc probablement volontaire. Ailleurs encore, on décrit les grandes migrations de lemmings suivies de « suicides collectifs »…

Pour chaque exemple étudié, une explication bien plus simple peut être retrouvée : pour le scorpion, par exemple, il a été démontré que, entouré par les flammes, il meurt en réalité d’une déshydratation provoquée par la chaleur et si, parfois, son dard semble vouloir le piquer, il ne s’agit que d’un mouvement spasmodique et involontaire dû à son  agonie (de plus, on sait que le scorpion est immunisé contre son propre venin). Les baleines ? Ici aussi, la théorie du suicide collectif a du plomb dans l’aile : les scientifiques avancent des causes bien différentes comme la désorientation du meneur du groupe (la baleine dominante) qui entraîne les autres sur une plage ou la présence de parasites qui prolifèrent dans l’oreille et le cerveau de ces animaux, parfois avec une rapidité terrible, déréglant leur système d’écholocation. Voire une pollution sonore ou des perturbations météorologiques intenses. Ou plusieurs de ces causes à la fois.

Le cas des lemmings a été élucidé récemment, en 2003. Ces petits rongeurs de Scandinavie sont connus pour leur explosion démographique tous les quatre ans environ, surpopulation suivie par une disparition massive et immédiate (les studios Disney ont même popularisé ce « suicide » dans un documentaire intitulé « le désert de l’Arctique », en 1958, contribuant ainsi à la diffusion de cette sorte de légende urbaine). Disney avait tort, on le sait à présent. Si les lemmings disparaissent soudainement et qu’on retrouve leurs cadavres par dizaines dans les étangs et les cours d’eau, c’est la conséquence d’une classique compétition prédateurs-proies : victimes de quatre prédateurs spécifiques (renard polaire, hermine, chouette et un oiseau de mer, le labbe), les lemmings prolifèrent jusqu’à être considérablement chassés ; le nombre des proies diminuant, les prédateurs quittent alors les lieux… et il faudra environ quatre ans pour que la population de lemmings explose à nouveau, cette surpopulation générant parfois des bousculades entraînant une partie des individus vers la mort, certes, mais une mort involontaire.

De nombreux autres exemples de « suicides animaliers » sont ainsi rapportés de temps en temps : chaque fois, une explication éthologique est retrouvée (quand on la cherche !). Si l’on admet que le suicide est un acte volontaire, une décision délibérée de terminer sa vie en pleine connaissance de cause (comme chez l’Homme), il semble évident que l’animal n’est jamais confronté à une telle situation. Un chien qui se laisse mourir à la suite de la disparition de son maître ou d’un compagnon de vie ne semble pas relever d’une stratégie volontaire : en pareil cas, on doit plutôt se référer à une perte de ses repères d’appartenance puisque, animal social, disparaît alors pour lui celui qu’il considère comme le chef de la meute.

En revanche, les « suicides collectifs » ne dépendent pas de cette logique ; comme on vient de le voir, il s’agit plus d'accidents en relation avec une perturbation du milieu dans lequel vivent les individus.

Le suicide des animaux, qu’il soit collectif ou encore plus individuel, relève certainement du mythe et, d’une façon plus générale, fait partie de cet anthropomorphisme qui dort en nous, nous poussant à prêter aux autres acteurs de la Nature nos propres sentiments.

D’un point de vue plus théorique, il est clair que, pour adopter des comportements suicidaires, il est impératif qu’existe chez les animaux une base génétique de l’autodestruction : on voit mal comment celle-ci pourrait se transmettre de génération en génération du point de vue strict de la sélection naturelle pour laquelle le « suicide » est forcément une impasse.

Il se trouve toutefois un certain nombre de situations dans lesquelles des individus – parfois en nombre – disparaissent au profit de leur communauté mais il ne s’agit pas de suicides : chez les insectes sociaux, par exemple, des individus peuvent être amenés à se sacrifier pour le bien-être de tous. J’ai déjà eu l’occasion de l’évoquer dans un sujet précédent (voir : insectes sociaux et comportements altruistes). J’avais alors souligné qu’il s’agissait de sacrifices entraînant la survie d’individus génétiquement très proches des sacrifiés, permettant ainsi ce qui semble être le point le plus important de l’Évolution : la transmission du code génétique de l’individu et de son espèce. Ce qui, au passage, remet singulièrement en perspective le soi-disant « altruisme » des animaux…

Toutefois, bien différente du « suicide » est la notion de mort, imminente ou non, chez l’animal et c’est cette notion que je souhaiterais à présent aborder.

La notion de mort chez les animaux

Enfant, je vivais dans un pavillon de banlieue, à Courbevoie (92). La famille possédait alors une chatte dont la grande spécialité était la capture de rats qu’elle dénichait près d’une usine voisine. Elle les chassait pour les acculer dans un recoin sombre du jardinet mais elle prenait grand soin de ne pas les mettre à mort immédiatement : j’ai toujours en mémoire les cris épouvantables (et très caractéristiques) des rats ainsi promis à une fin certaine et, encore aujourd’hui, je ne peux m’empêcher de penser que les rongeurs savaient parfaitement ce qui les attendait…

Certains animaux réagissent de façon parfois spectaculaire lorsqu’ils sont confrontés à la mort. J’ai déjà eu l’occasion de citer le cas très spécial des éléphants : on dit que les grands mâles vieillissants s’écartent du troupeau lorsqu’ils sentent « venir » leur propre fin et qu’ils rejoignent alors ce qu’on appelle le « cimetière des éléphants », un endroit spécifique de la savane où, avant eux, d’autres individus sont venus mourir. Légende ? On connait pourtant l’attitude singulière de ces animaux face à la mort de l’un d’entre eux : ils recouvrent de branchages et de terre le cadavre à la façon d’un linceul, veillant parfois toute une nuit le défunt, et se lancent même dans des processions, emportant avec eux une défense ou des os de leur mort. Comment expliquer une telle attitude ?

Chez les grands singes, les femelles confrontées à la mort de leur enfant continuent de s’occuper du petit cadavre en l’emmenant partout avec elles durant plusieurs semaines comme s’il leur fallait ce temps pour s’adapter à ce deuil, comme si, les jours passant, elles arrivaient enfin à se « séparer » de leur petit. Est-ce si différent de l’attitude des humains qui, eux, n’ont plus le corps de leur enfant mais doivent parfois attendre des années avant de faire leur deuil ?

Ailleurs, dans un zoo écossais, un psychologue a assisté (par enregistrements vidéo) à la mort d’une femelle chimpanzé de 50 ans ; très calmes, les autres singes usèrent d’attitudes typiquement humaines : les jours précédant la mort, ils l’entourèrent étrangement en la toilettant et en restant auprès d’elle durant la nuit ce qu’ils ne faisaient jamais auparavant. Enfin, au moment de sa mort, ils l’examinèrent sous toutes les coutures, la stimulant et lui soulevant la tête, comme pour s’assurer de l’inéluctabilité de la situation avant de décider collectivement qu’il n’y avait plus rien à faire. Durant les semaines qui suivirent, les chimpanzés furent différents, s’alimentant bien moins que d’habitude. Il est certain que la constatation de la mort n’est pas son anticipation mais il reste difficile, me semble-t-il de savoir où commence l’une et où finit l’autre…

 La mort, une notion universelle ?

Il est certainement malaisé d'appréhender ce que représente la réalité de l’idée de mort chez l’animal. Bien des études restent à faire et il convient d’être terriblement prudent. Même chez l’Homme dont la conscience et la faculté d’anticipation sont considérables, il est certainement compliqué pour chacun d’entre nous de comprendre – et d’accepter - ce que signifie notre propre disparition. Difficile, en effet, de se faire à l’idée que le monde qui fut le nôtre continuera d’exister exactement comme du temps où nous en étions le spectateur plus ou moins passif, mais sans nous.

Chez l’animal dont les possibilités cognitives sont moins développées, il existe probablement des embryons de compréhension d’un tel phénomène. Il s’agit d’une idée certes personnelle mais je reste persuadé que, entre nous et les autres animaux, il n’existe pas de différence de nature mais seulement de degrés.

Les animaux, selon le développement plus ou moins important de leurs capacités mentales, vivent leur vie « au jour, le jour », dans une ambiance plutôt mécaniciste régie par une configuration instinctuelle génétiquement héritée mais tempérée par un apprentissage glané au fil de l’expérience. Ils possèdent, comme tous êtres vivants, un instinct de conservation intense qui leur permet de subsister dans un environnement forcément hostile. L’instinct de conservation n’est bien sûr pas superposable à la compréhension vraie de la mort mais il s’en approche. Qui nous dit que la notion de mort, au moins dans les derniers instants, ne fait pas partie de leur patrimoine existentiel ? Pour ma part, je suis persuadé que, chez certains d’entre eux au moins, cette « conscience » de leur propre disparition existe, fut-elle rudimentaire. Je ne peux bien sûr pas le prouver : il ne s’agit donc que d’une intime conviction.

 Photos :

1. le rire n'est pas le propre de l'Homme (sources : http://blonville.unblog.fr/2008/11/)

2. deathstalker scorpion (Leiurus quinquestriatus) ou scorpion jaune de Palestine (sources : newsblaze.com)

3. baleine bleue échouée sur une plage (sources : www.ccdmd.qc.ca )

4. lemming (sources : http://www.systemwissenschaft.de)

5. éléphant (sources: pinku-natural-scens.blogspot.com)

6. femelle chimpanzé et son petit (sources : http://booguie.unblog.fr)

7. un homme et une hyène (source : forum.pvtistes.net)

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

Mots-clés : lemmings - Dysney : le désert de l'Artique - compétition prédateurs/proies - sélection naturelle - comportements altruistes - instinct de conservation

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

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1. l'agression

2. indifférence de la Nature

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 Mise à jour : 5 mars 2023

     Lorsqu’on regarde un chat jouer avec un chien Yorkshire, on sait implicitement qu’il s’agit d’animaux d’espèces distinctes mais même s’il arrive un Saint Bernard, là encore, on comprend immédiatement que le grand chien et le Yorkshire sont totalement de la même espèce qui est complètement différente de celle du chat ; cependant, par la taille, la morphologie et la vitesse des mouvements, le chat et le Yorkshire se ressemblent bien plus que chacun d’entre eux ne ressemble au Saint Bernard. Comment peut-on si facilement faire cette distinction ? Est-ce uniquement un acquis culturel ? Existe-t-il des animaux ou des plantes pour lesquels il serait facile de faire des confusions entre espèces différentes ? Au fond, qu’est-ce qu’une espèce d’êtres vivants ?

La perception des espèces avant Darwin

     C’est Charles Darwin qui, au terme d’années d’observations et après une très longue réflexion, introduisit la notion d’évolution, c'est-à-dire le fait que les espèces se transforment au fil du temps, certaines d’entre elles s’éteignant à jamais. Avant lui, le monde était fixiste : jusque là, même pour les esprits instruits, les espèces étaient immuables et créées une fois pour toutes. Les fossiles ? Pour certains, ils avaient été placés tels quels dans les sédiments par un Dieu créateur dont les desseins restaient impénétrables ; pour d’autres, il s’agissait des restes d’espèces disparues lors de cataclysmes anciens (comme, par exemple, le Déluge biblique) d’où les théories dites « catastrophistes » qui prévalaient alors (voir le sujet : le rythme de l'évolution des espèces).

     Depuis la plus haute antiquité, on savait bien que des espèces différentes peuplent notre globe : il existait donc forcément une notion intuitive de la biodiversité mais sans qu’on aille plus loin. A l’aube de l’ère contemporaine, Linné (1707-1778), le fondateur de la systématique moderne, propose une définition fondée sur la ressemblance : pour lui, une espèce est « un ensemble d’individus qui engendrent par la reproduction d’autres individus semblables à eux-mêmes ». Toutefois, quand on l’interroge sur le mécanisme qui entraîne cette ressemblance, il est plus laconique en précisant : « Nous comptons aujourd’hui autant d’espèces qu’il y eut au commencement de formes diverses créées. » Il s’agit d’une approche théologique qui situe le problème hors d’un cadre scientifique.

     Cette approche est partagée par l’ensemble des savants de l’époque. Cuvier (1773-1838), par exemple, précise quant à lui que « l’espèce est la réunion des individus descendus l’un de l’autre et de parents communs. » Buffon (1707-1788) est sensiblement du même avis même s’il introduit la notion de capacité de reproduction en constatant que certains individus qui se ressemblent en apparence comme l’âne et le cheval ne peuvent donner que des descendants inféconds ce qui semble démontrer qu’il s’agit en pareil cas d’espèces différentes.

     Avant la théorie de l’évolution, il est donc clair qu’il n’existe aucune réponse scientifique à la question : on peut reconnaître les différentes espèces mais elles n’existent que comme des entités distinctes et immuables.

La révolution darwinienne ou la notion d’espèce repensée

     Disons-le d’emblée : la recherche de la définition la plus exacte de la notion d’espèces a fait l’objet de milliers de publications scientifiques, livres, conférences, débats contradictoires, etc. et ses détails sont encore âprement disputés dans les cercles concernés. Sans entrer dans les polémiques savantes, nous allons donc nous efforcer de résumer ce qui semble être un consensus de base, le plus petit dénominateur commun en quelque sorte… Plusieurs approches – heureusement complémentaires – permettent de cerner de manière plus scientifique ce que nous appelions en préambule le « savoir implicite » de ce que sont les espèces.

          * délimitation sur la ressemblance : la taxinomie

     La taxinomie (ou taxonomie) est la science dont le but est de décrire les êtres vivants et de les regrouper en entités appelées taxons. Le taxinomiste s’appuie sur les caractères morphologiques des individus et son but est de les identifier, de les nommer puis de les classer. Cette science complète donc la systématique qui, elle, organise le classement des taxons et les relations existant entre eux. Par exemple, on peut identifier un taxon " chien-loup-renard " (approche taxinomique) qui fait partie de la " famille " des canidés, elle-même incluse dans " l’ordre " des carnivores appartenant à la " classe " des mammifères, etc. (abord par la systématique).

     Il s’agit là d’une approche classique et le problème est celui des critères retenus pour caractériser les membres d’un même taxon : on s’est rapidement aperçu que certains taxons étaient « approximatifs » car recourant à des concepts usuels (vernaculaires) mais peu scientifiques. Que recouvre, par exemple, le taxon « reptile » ?  Des individus plus ou moins proches… et plus ou moins éloignés !

          * détermination d’une ascendance commune : la phylogénétique

     Il fallait aller plus loin que la simple taxinomie. La phylogénétique aborde l’étude des êtres vivants et de leur évolution dans le temps de façon différente. Ici, on ne cherche pas tant les éventuelles ressemblances entre individus que leurs liens de parenté. Les membres d’un même taxon phylogénétique sont donc génétiquement proches ; on peut dire les choses autrement : les membres d’un taxon sont toujours plus proches génétiquement que chacun d’entre eux par rapport à un individu situé hors du taxon. Or cela ne veut pas dire qu’ils se ressemblent forcément : il peut y avoir des différences importantes (repensons au chien Yorkshire et à son peu de ressemblance avec le loup qui appartient au même taxon). A l’inverse, il existe parfois des ressemblances qui sont dues au hasard de l’évolution qui « trouve » des astuces évolutives voisines chez des individus n’ayant rien à voir les uns avec les autres (on parle alors de convergence évolutive). Par exemple, le loup de Tasmanie, dont l’espèce est aujourd’hui éteinte à cause de l’Homme, ressemblait étrangement à certains chiens : c’était pourtant un marsupial !

     Héritières de cette approche, deux disciplines très spécialisées permettent d’aller plus loin dans l’étude des individus : la cladistique (le clade est un taxon qui ne regroupe que les individus dont on est certain qu’ils ont en commun un caractère directement hérité de leur ancêtre) et la phénétique (basée sur l’idée que le degré de ressemblance est corrélé au degré de parenté, discipline d’autant plus intéressante qu’on compare un grand nombre statistique de caractères). Nous entrons ici dans un domaine fort complexe qui n’est pas de notre propos.

          * l’interfécondité : le critère biologique

     En 1942, le biologiste Ernst Mayr (1904-2005) réintroduisit le concept d’interfécondité en expliquant que « les espèces sont des groupes de populations naturelles, effectivement ou potentiellement interfécondes, qui sont génétiquement isolées d’autres groupes similaires…/… et devant pouvoir engendrer une progéniture viable et féconde. ». Le concept de l’espèce repose donc ici sur ce que l’on appelle l’isolement reproductif, à savoir l’ensemble des barrières biologiques qui empêchent les membres de deux espèces distinctes d’engendrer une descendance viable. Ce concept biologique explique parfaitement la naissance d’espèces différentes lors, par exemple, d’un isolement géographique mais se heurte lui aussi à des limites : comment déterminer cet isolement reproductif chez les fossiles ? Et chez les organismes asexués comme les bactéries ? On sait par ailleurs que, dans la nature, certaines plantes peuvent se croiser sans que les taxinomistes ne les considèrent comme appartenant à la même espèce…

          * la notion d’espèces en pratique

     On comprend donc qu’il n’est pas si facile de définir avec exactitude ce qui fait l’originalité d’une espèce. Le concept morphologique des ressemblances (ou dissemblances) est pratique mais certainement subjectif (possibilité de désaccords sur les critères retenus) tandis que le concept biologique, s’il va assez bien au monde animal, est bien moins évident dans le monde végétal (hybridations)

     Essayons de proposer une définition la plus simple possible mais pas forcément définitive, on en conviendra aisément. Cette définition pourrait être : une espèce est un groupe d'êtres vivants pouvant se reproduire entre eux (interfécondité) et dont la descendance est fertile. Elle est l'entité fondamentale des classifications qui réunit les êtres vivants présentant un ensemble de caractéristiques morphologiques, anatomiques, physiologiques, biochimiques et génétiques, communes.

Autour de la notion d’espèce

     Pour terminer ce bref aperçu d’un problème bien moins simple qu’il n’y paraît de prime abord, posons-nous quelques questions – souvent évoquées par le grand public – étant entendu que nous ne saurions évidemment être exhaustifs (que le lecteur n’hésite d’ailleurs pas à en poser d’autres dans les commentaires de cet article).

     * Qu’est-ce qu’une sous-espèce ?

     On voit parfois cette appellation dans des articles spécialisés ou lors de documentaires animaliers mais qu’est-ce qu’une sous-espèce puisque, stricto sensu, soit les animaux ne peuvent pas se reproduire entre eux et ils sont d’espèces différentes, soit ils le peuvent et ils sont forcément de la même espèce ?

     Nous évoquions plus haut la formation d’espèces nouvelles par l’isolement géographique : de quoi s’agit-il ? Lorsque deux populations d’une même espèce se trouvent isolées (par exemple, par la formation d’une île, l’apparition d’un fleuve ou d’une montagne, etc.), ces populations n’étant plus en contact vont progressivement diverger génétiquement (dérive génétique)… jusqu’à devenir des espèces distinctes ne pouvant plus se reproduire entre elles : c'est ce que l'on appelle  une spéciation (dite, en pareil cas, allopatrique ou portant sur le territoire). Toutefois, cela prend du temps, un temps durant lequel ces populations n’ont effectivement plus de contact mais pourraient encore se reproduire entre elles si l’île ou le fleuve de l’exemple précédent venaient à disparaître. On désigne ces populations du nom de sous-espèces puisqu’elles sont isolées l’une de l’autre, qu’elles évoluent différemment et donneront des espèces distinctes mais qu’elles peuvent encore prétendre à une descendance commune si l’occasion s’en présente.

     * la notion de races est-elle valide ?

     Voilà une question à laquelle il ne semble pas difficile de répondre : chaque éleveur de chiens sait bien qu’il existe de nombreuses races différentes chez nos amis à quatre pattes mais qu’en est-il au juste ? La description d’une race de chiens passe par un certain nombre de critères fixés une fois pour toutes et cherchant à décrire un « individu type » appartenant à la race étudiée. On peut donc identifier des caractéristiques, toujours présentes, qui déterminent la race retenue, ici de chiens : on comprendra néanmoins que ces critères sont relativement subjectifs même s’ils s’appuient sur des faits historiques. Bien entendu, puisque tous les chiens appartiennent à la même espèce, ils peuvent se reproduire entre eux (sauf impossibilité physique comme le Yorkshire femelle avec le Saint Bernard) et donner naissance à des individus métis, « sans race ». La « valeur » de telle ou telle race pour l’éleveur ou le propriétaire échappe bien sûr au domaine scientifique pour relever des domaines culturels ou commerciaux.

     Chaque groupe d’animaux peut présenter un plus ou moins grand nombre de races : la variabilité est différente selon les espèces, plus importante chez, par exemple, les chiens que chez les chats. Plus floue aussi en botanique ou même la notion d’espèce est sujette à caution…

     Et chez l’Homme (qui est un animal) ? Il est difficile de contester le fait qu’il existe des races d’hommes (en tant que médecin, je sais par exemple que certaines affections sont bien plus fréquentes dans une race que dans une autre) mais cette notion reste pour beaucoup du domaine du subjectif et du culturel, voire du politiquement correct, aussi laisserai-je à chacun le soin de tirer sa propre conclusion.

     * combien a-t-il existé d’espèces différentes par le passé ?

     J’ai écrit à plusieurs reprises que 90% des espèces ayant un jour peuplé la Terre sont aujourd’hui éteintes. Concernant celles vivant sur notre planète actuellement, on estime qu’il en a été décrit scientifiquement environ deux millions, peut-être un peu moins, mais qu’il en reste à identifier… plusieurs dizaines de millions, la plus grande partie d’entre elles concernant les insectes. Par ailleurs, la récente campagne internationale d’étude des espèces vivant dans les fonds marins a été une surprise puisqu’elle a identifié des milliers d’espèces inconnues, notamment dans les grands fonds… Pour résumer, avançons le chiffre – moyen - de cinquante millions d’espèces partageant avec nous notre bonne vieille Terre…  et qui représente donc moins de 10% de toutes les espèces ayant vécu sur Terre : le nombre total d’espèces ayant existé (je dis bien d’espèces et non d’individus !) est pharamineux…

     * combien en reste-t-il encore à découvrir ?

     On vient de le dire : il en reste beaucoup ! Non pas tant pour les gros animaux dont la possible découverte s’évalue en unités mais pour ceux, plus petits, qui vivent loin de l’emprise de l’Homme comme ces milliards d’insectes proliférant dans les canopées des forêts tropicales. La plupart des spécialistes estime que les espèces qui nous sont aujourd’hui encore inconnues représentent au moins cinquante fois la somme de toutes celles que nous avons aujourd’hui décrites or nous n’en découvrons que moins de 20 000 en moyenne chaque année, c’est dire le travail qui reste à faire… d’autant que beaucoup d’entre elles auront disparu avant d’être caractérisées !

     * combien d’espèces menacées d’extinction aujourd’hui ?

     Effectivement, la domination sans partage de l’espèce humaine, son appétit insatiable pour de nouveaux territoires, obligés ou non, et son esprit de lucre universel entraînent la destruction de nombreux habitats où vivent (survivent ?) nombre de nos compagnons terrestres ; du fait, bien des espèces ont déjà disparu et d’autres sont en grand danger. Certains exemples sont très connus : le Dodo de l’Ile de la Réunion, le loup de Tasmanie déjà évoqué… mais pour combien de disparitions « en silence » ou avec la complicité de quelques grands humanistes trop occupés par l’amélioration ( ?) des conditions d’existence de l’espèce humaine ? Difficile à dire. Les scientifiques évoquent la fourchette suivante : le taux de disparition, depuis deux siècles, est de dix à cent fois supérieur au taux « naturel », c'est-à-dire à celui des âges d’avant la révolution industrielle. Le rythme s’accroit continuellement et les spécialistes les plus optimistes tablent sur une multiplication par 10 dans les prochaines années (soit 1000 à 10 000 fois plus que par la seule Nature). Un constat sans appel.

Sources :

* les mondes darwiniens (ouvrage collectif, éditions Syllepse, 2009)

* Wikipedia France et Wikipedia org (USA)

* Encyclopedia Britannica

* Futura France

Images :

 1. la grande galerie de l'évolution du Museum d'Histoire Naturelle, à Paris

(sources : http://fr.academic.ru )

2. chien et chat (sources : http://dakota.d.a.pic.centerblog.net)

3. les journées de la biodiversité, chaque 22 mai, depuis 8 ans

(sources : http://www.cauxcorico.com)

4 cladistique stellare (sources : http://www-laog.obs.ujf-grenoble.fr)

5. Ernst Mayr (sources : commons.wikimedia.org )

6. races de chiens (sources : http://www.qctop.com)

7. loup de Tasmanie (sources :   http://www.dinosoria.com)

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

Mots-clés : Charles Darwin – fixisme – catastrophisme – biodiversité – Carl von Linné – classification systématique – Georges Cuvier – Georges-Louis Leclerc de Buffon – taxinomie – taxon – phylogénétique – convergence évolutive – cladistique – phénétique – Ernst Mayr – isolement reproductif – isolement géographique – sous-espèces – spéciation - races – extinctions d’espèces

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

Sujets apparentés sur le blog

1. les extinctions de masse

 2. les mécanismes de l'Evolution

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 4. placentaires et marsupiaux, successeurs des dinosaures

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Mise à jour : 5 mars 2023

     Situé en périphérie de la Voie lactée qui est une galaxie parmi des milliards d’autres, notre Soleil est une étoile banale de type G2, autrement dit une naine jaune. De telles étoiles représentent environ 10% de toutes celles de l’Univers et leur durée de vie est assez longue, environ 10 milliards d’années. Le Soleil est donc à peu près à la moitié de sa vie puisqu’il existe depuis environ 4,5 milliards d’années ce qui explique, au passage, qu’il se trouve sur la branche principale du diagramme de Hertzsprung-Russell (voir le sujet : mort d’une étoile). Mais comment s’est-il créé (et avec lui son cortège de planètes) ? C’est une question posée depuis la plus haute antiquité et qui, comme on l’imagine, a entraîné de multiples réponses… plus ou moins crédibles !

 Dans le passé

Longtemps traité de façon plutôt romanesque et presque toujours anthropocentrique (voir le sujet : la Terre centre du Monde), il faudra attendre la publication par Isaac Newton (1643-1727) de ses lois sur la gravitation universelle pour s’intéresser de façon plus convaincante au système solaire. Et encore : durant de nombreuses années par la suite, les polémiques furent âpres pour s’affranchir des préjugés et raisonner de façon plus scientifique…

C’est Emmanuel Kant (1724-1804), le célèbre philosophe allemand, qui, le premier, avança une théorie relativement moderne. Son idée centrale était que les débuts du système solaire se firent sous la forme d’un nuage de particules qui, régies par l’attraction gravitationnelle, finirent par s’agréger progressivement pour former des masses de plus en plus grosses aboutissant en fin de compte au Soleil et aux planètes que nous connaissons. Puisqu’il n’était ni physicien et encore moins mathématicien, il ne pouvait apporter d’explication sur le fait que les planètes – toutes situées dans un même plan – tournaient dans une même direction autour du Soleil. Il restait également muet sur les satellites de ces mêmes planètes.

Une quarantaine d’années plus tard le mathématicien français Laplace (1749-1827) apporta quelques approfondissements en imaginant que le Soleil, se refroidissant en rayonnant sa chaleur, avait fini par se contracter. Or, selon la loi de conservation du moment angulaire, cette contraction avait forcément dû s’accompagner d’une augmentation de sa vélocité, à la façon d’un patineur qui replie ses bras pour tourner plus vite sur lui-même. De ce fait, selon Laplace, cette accélération entraîna l’éjection de matière contrebalancée par les forces d’attraction gravitationnelle (avec la formation successive de plusieurs anneaux concentriques suivant la rétraction du Soleil naissant) et c’est à l’exacte distance où ces deux forces s’équilibraient que les planètes furent créées.  Il répondait ainsi au sens de rotation des planètes dans un même plan… mais pas aux déplacements excentriques des astéroïdes ni aux orbites rétrogrades de certains lunes.

Durant près de cent ans, cette théorie dite « de la nébuleuse solaire » de Kant-Laplace parut satisfaire les scientifiques mais au début du XXème siècle, elle fut finalement jugée insuffisante.

Conception classique

James Clerk Maxwell (1831-1879), physicien écossais de grand renom, fut le premier à critiquer la théorie de Kant-Laplace en démontrant que les planètes n’auraient pas pu être créées de cette façon en raison des forces de rotation différentielle qui l’auraient empêché. De plus, le mouvement angulaire du Soleil paraissait trop faible pour être en accord avec la théorie. On évoqua alors la présence d’une étoile voisine qui aurait attiré de grandes masses de matière (les planètes) en dehors de notre étoile par un « effet de marée » (théorie de la « quasi-collision ») mais cette hypothèse montrait également ses limites…

La théorie de la formation du système solaire fut donc repensée et affinée : on retint la notion de disque d’accrétion avec une matière se condensant progressivement pour donner le soleil, masse centrale suffisamment importante pour provoquer un « allumage nucléaire », et, à sa périphérie, des planétoïdes devenus secondairement de vraies planètes. Ces dernières se divisent en deux groupes :

*  les planètes telluriques (comme la Terre) attirant préférentiellement les matières rocheuses et proches du Soleil

* tandis que, plus éloignées, les planètes gazeuses se composent de gaz légers (hélium, hydrogène, etc.), le Soleil n’ayant pas pu les assimiler en raison de leur trop grande distance. La théorie précise même que si la quantité de gaz avait été plus importante, une autre étoile aurait pu voir le jour transformant le système solaire en un système binaire comme il en existe tant dans l’Univers (environ 50%).

Les planètes se sont évidemment transformées avec le temps mais pas les astéroïdes, circulant entre les orbites de Mars et Jupiter, qui demeurent des fragments de matière inchangés depuis la naissance du système d’où leur prodigieux intérêt scientifique.

Malheureusement, depuis quelques années, l’observation de planètes extrasolaires (voir le sujet : planètes extrasolaires) a permis la mise en évidence de planètes géantes gazeuses très proches de leurs étoiles. La théorie classique ne sait pas répondre à ce fait d’observation…

Plus récemment

Nous venons d’évoquer les météorites témoins de l’origine : c’est au sein de certains d’entre eux qu’a été mise en évidence, dans les années 70, la présence de magnésium 26. Or cet élément provient de l’aluminium 26, son précurseur, dont on sait que la demi-vie est plutôt courte, environ 700 000 ans. Comment cet élément a-t-il pu se trouver au début du système solaire quand on sait que le Soleil naissant avait une masse insuffisante pour le produire ? D’une provenance extérieure, bien sûr, avancèrent certains astronomes. Ils évoquèrent donc une supernova ayant explosé à proximité du nuage protosolaire au moment où ce dernier commençait à se condenser. Mais, à l’analyse, le scénario ne tient pas : en effet, en pareil cas, il aurait fallu que cette supernova explose très près (environ une année-lumière) et, dans ce cas, le nuage présolaire en formation aurait été dispersé par le rayonnement ultraviolet intense de l’étoile… Retour à la case départ.

Récemment, un astronome français, Vincent Tatischeff, a proposé une solution élégante en évoquant le rôle possible d’une « étoile vagabonde ». Nous avons déjà évoqué, dans un sujet précédent (voir le sujet : étoiles doubles et système multiples), ces étoiles fugueuses (ou étoiles en fuite) que les anglo-saxons appellent des runaway stars. Il s’agit d’étoiles qui ont été « éjectées » de leur orbite naturelle par la présence d’un troisième corps excitateur ou lors de la confrontation brutale entre une étoile à neutrons et sa compagne. Quelle qu’en soit la cause, l’étoile devenue vagabonde est expulsée à grande vitesse dans le vide interstellaire. Après quelques millions d’années d’une course violente, elle devient souvent ce que l’on appelle une étoile de type Wolf-Rayet qui éjecte de grandes quantités de matière dans l’espace (notamment l’aluminium 26 évoqué plus haut) avant d’exploser en supernova. Une telle étoile aurait pu « ensemencer » le nuage en formation du système solaire avant d’aller mourir plus loin. Cette fois, le scénario semble plus convaincant mais il y a tout de même un hic : la survenue d’une telle éventualité est très rare. Pas impossible mais très rare. Dès lors, pourquoi faudrait-il que, parmi des milliards d’étoiles créées (et qui continuent à l’être), seul (ou presque) notre Soleil ait subi une telle origine ? Les scientifiques, on le sait, n’aiment guère expliquer des phénomènes somme toute banals, par une succession d’événements plutôt improbables…

une explication encore plus convaincante 

     Plus récemment encore, en 2012, une explication plus complète a été avancée par Matthieu Gounelle (Museum national d'histoire naturelle). Ce cosmologiste nous décrit une histoire qui prend enfin en compte les anomalies observées dans les analyses chimiques des météorites, ces témoins de la naissance de notre système solaire, notamment l'abondance anormale de magnésium 26 citée plus haut. Pour ce scientifique, l'histoire de la formation du Soleil peut se résumer en quatre phases :

     1. il y a environ 4,6 milliards d'années, un immense nuage de gaz et de poussières s'effondre sous l'effet de la gravitation. Au centre de ce gigantesque tourbillon naissent plusieurs milliers d'étoiles;

     2. parmi ces étoiles, certaines sont massives et donc de courte durée de vie (quelques millions d'années) : ce sont elles qui ensemmencent l'espace avec des élements radioactifs, notamment du fer 60 dont la présence n'avait jusque là été prise en compte par aucun scénario;

     3. une deuxième génération d'étoiles apparaît alors, répandant autour d'elles ce fameux aluminium 26 à la présence si surprenante.

     4. autour d'une étoile massive de cette deuxième génération, une enveloppe de fer 60 et d'aluminium 26 se forme et finit par s'effondrer sur elle-même donnant naissance à une troisème génération d'une centaine d'étoiles parmi lesquelles notre Soleil. Le temps passant, après plusieurs millions d'années, l'étoile massive proche du Soleil disparaît dans une explosion gigantesque tandis que les "soeurs" de notre étoile se dispersent progressivement. Notre Soleil reste seul avec son cortège d'astéroïdes qui portent encore les traces de sa création sous la forme des dérivés radioactifs qu'on vient d'évoquer.

      Dès lors, dans un tel scénario, les "anomalies" radioactives s'expliquent sans que l'on ait recours à l'étoile fugitive évoquée plus haut dans le sujet et dont la présence résultait d'une coincidence un peu trop facile...

         Cette explication est-elle définitive ? L'avenir nous le dira sans doute mais elle a le mérite d'être complète.

     On comprend donc que si la formation de notre système solaire commence à être relativement comprise, il reste encore bien des incertitudes. L’arrivée d’instruments d’observation (spatiaux et terrestres) toujours plus performants dans les toutes prochaines années devrait nous renseigner davantage : l’observation encore débutante des planètes extrasolaires de même que celle des pépinières d’étoiles nous apporteront vraisemblablement bien des éléments qui manquent encore. En effet, s’il est une chose dont on est sûr, c’est que les mêmes phénomènes se répètent selon des lois physiques immuables. Dès lors, il suffit d’observer le ciel plus ou moins lointain pour comprendre ce qui s’est passé chez nous dans le passé.

Images

1. le disque protosolaire (sources : http://www.open.ac.uk)

2. formation des planètes (sources : http://astrosurf.com/)

3. rétraction progressive du Soleil (sources : http://users.skynet.be)

4. disque d'accrétion protosolaire (sources : http://i14.servimg.com)

5. la nébuleuse du Crabe (sources :  techno-science.net)

6. étoile de type Wolf-Rayet (sources : www.infosphere.be)

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

Mots-clés : naine jaune - diagramme de Hertzsprung-Russel - Isaac Newton - Emmanuel Kant - gravitation - Laplace - moment angulaire - astéroïdes - James Clerk Maxwell - disque d'accrétion - planète tellurique - planète gazeuse - système binaire (d'étoiles) - planètes extrasolaires - supernova - étoiles fugueuses/ réf. en français (run away stars/réf. en anglais) - étoile de Wolf-Rayet

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

Sujets apparentés sur le blog :

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 2. la Terre, centre du Monde

 3. la querelle sur l'âge de la Terre

 4. planètes extrasolaires

 5. l'énigme de la formation de la Lune

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 Mise à jour : 6 mars 2023