Le blog de cepheides

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

Des interrogations historiques

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

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

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

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

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

 
L’expérience de Stanley Miller

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

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

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

Les différentes étapes

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

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

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

 
          • Les acides aminés

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

 
Le point de départ

 
     • L’atmosphère

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

  
     • Les océans

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

  
     • Les solutions alternatives

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

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

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

  

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

 Images

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

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

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

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

 
Deux univers possibles

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

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

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

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

  
Le « Big Bang »

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

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

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

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

 

Les principales phases de la théorie du Big Bang

 
          • avant

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

 
          • 10^-43 seconde : le temps de Planck

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

 
          • 10^-35 seconde : l’inflation

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

 
          • 10^-11 seconde : indépendance des quatre forces

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

 
          • 1/100 000 de seconde : formation des quarks

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

 
          • Une seconde : la matière prédomine

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

 
          • Les trois premières minutes : la formation des atomes

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

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

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

 
          • Naissance des galaxies

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

 
La recherche de la théorie du tout

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

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

Images :

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

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

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

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

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

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

 
la pariade

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

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

 

la sélection sexuelle

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

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

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

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

 

l'apport d’une mouche

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

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

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

 
l’évolution, encore et toujours

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

Glossaire

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

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

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

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

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

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

le problème de l’énergie nucléaire

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

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

l’exemple du WIPP

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

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

prévenir le futur

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

  
la réponse du WIPP

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

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

d’autres solutions ?

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

 
la réponse des Français

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

existe-t-il une solution permanente ?

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

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

 


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

Images :

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

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

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

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

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

 Stonehenge

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

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

Les particules élémentaires

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

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

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

Les différentes forces de l’univers

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

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

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

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

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

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

Les deux physiques

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

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

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

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

Le modèle standard

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

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

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

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

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

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

Images

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

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

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

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

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

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

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

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

organisation sociale des différentes espèces d’animaux

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

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

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

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

 
les insectes sociaux

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

 
          • Les abeilles

     On pense qu’il existe plus de 20 000 espèces différentes d’abeilles dont près de 90 % sont solitaires. Même parmi les abeilles dites « sociales », l’organisation est variable, allant d’une simple mise en commun de quelques actions communautaires à une réelle complexité organisationnelle mais sans jamais atteindre toutefois l’ordre quasi-militaire des fourmis (que nous verrons ensuite), voire même des termites. Nous connaissons bien ces abeilles sociales puisqu’il s’agit d’Apis mellifica, l’abeille des ruches à miel cultivées par les Hommes.

 

     La ruche est un ensemble social où coexistent un certain nombre de type d’individus aux rôles parfaitement définis. Il y a évidemment la Reine, l’abeille responsable des naissances et donc garante de l’avenir de la ruche toute entière, gardée jalousement par ses assistantes qui lui permettent de pondre chaque jour plus d’un millier d’œufs. Ce sont les ouvrières – stériles et il s’agit là d’une notion fondamentale – qui effectuent le travail d’entretien et de défense de la ruche : on y trouve les nourrices qui s’occupent des larves, les nettoyeuses qui assurent la propreté de l’ensemble, les ventileuses chargées, par leurs mouvements permanents des ailes, d’assurer la température adéquate, les cirières qui construisent les rayons, les butineuses qui récoltent le pollen, les sentinelles qui défendent les accès à la ruche. Tout ce petit monde communique par des  phéromones (voir glossaire) ce qui permet l’indispensable reconnaissance des individus entre eux mais aussi de façon gestuelle (voir nota : la danse des abeilles).

 

     Il s’agit d’un univers bien organisé et indispensable à chacun de ses habitants puisque si, d’aventure, un sujet devait s’égarer loin de la ruche, il ne lui faudrait pas plus d’un jour ou deux pour mourir, aurait-il suffisamment de quoi pour se nourrir. Pourtant, cette organisation déjà bien hiérarchisée est loin d’égaler les sociétés de fourmis, autres hyménoptères (et même les termites qui, eux sont des isoptères, catégorie d’insectes plus ancienne dans l’échelle de l’évolution).

 

 

 

 
          • Les fourmis

 

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

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

 

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

 

 

 

 

 
comportements dits altruistes de certains animaux

 

 

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

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

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

 

 

 
          • La sélection de parentèle

 

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

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

 

 

 
          • L’altruisme est-il désintéressé ?

 

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

 

 

 
        • Les comportements altruistes existent dans toutes les espèces

 

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

 

 

 

l'altruisme, terme ambigu

 

 

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

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

 

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

 

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

 

 

 

 

Nota : la danse des abeilles

 

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

(voir également le sujet : comportements animaux et évolution )

 

Nota complémentaire

     La capacité à communiquer est intéressante d’un point de vue évolutif, mais ne trahit pas nécessairement une intelligence très développée. En effet, elle peut être stéréotypée et innée. Cependant, en 2008, Song-Kun Su, de l’université de Zhejiang, en Chine, et ses collègues ont montré que les abeilles manifestent d’impressionnantes capacités d’apprentissage et d’adaptation, qui supposent une grande plasticité cérébrale. Pour ce faire, ils ont placé des abeilles européennes parmi des consœurs asiatiques, dont la danse est calibrée différemment (la correspondance entre l’éloignement et la fréquence de vibration de l’abdomen n’est pas identique). En peu de temps, les nouvelles venues ont appris à « parler » la danse locale

 (Revue Pour la science, Hors-Série 126, p. 42, janvier 2025)

 

 

 

Glossaire

 

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

 

 

 

Images

 

1. fourmi soldat (sources : myrmecos.net)

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

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

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

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

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

 

 

 

 

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

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

 

 

 

 

Sujets connexes sur le blog :

 

 1. indifférence de la Nature

 2. les mécanismes de l'Evolution

 3. reproduction sexuée et sélection naturelle

 4. le rythme de l'évolution des espèces

 5. comportements animaux et Evolution

 6. le mimétisme, une stratégie d'adaptation

 7. superprédateurs et chaîne alimentaire

 8. parasitisme et Evolution

  9. l'intelligence animale collective

 

 

 

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Mise à jour : 22 janvier 2025

image de quasar (représentation d'artiste)

     Lorsqu’on lève les yeux vers le ciel, par une belle nuit sans lune et sans nuages (et pour peu que l’on se soit un peu éloigné de la pollution lumineuse des grandes villes), on découvre le spectacle merveilleux de millions d’étoiles (en réalité tout au plus quelques milliers si on a une bonne vue) qui scintillent de partout tels de lointains mais éternels joyaux inaccessibles.

     On a alors l’impression que l’Univers est immense, presque infini. Pourtant, le spectateur n’admire là que la proche banlieue du système solaire, les quelques milliers d’étoiles qui nous sont les plus proches et donc, visuellement parlant, les plus abordables. Au-delà, il y a le reste de notre galaxie, la Voie lactée et, encore plus loin, les galaxies proches de la nôtre, celles qui composent ce que les astronomes appellent le « groupe local ». Les outils astronomiques étant devenus de plus en plus performants, l’Univers encore plus éloigné nous est à présent perceptible : on parle alors d’astronomie extragalactique, terme auquel on adjoint le qualificatif de « lointaine » pour signifier qu’on observe là les objets les plus lointains visibles par nos télescopes. Parmi ces objets, ce sont les plus brillants qui sont évidemment discernables et certains d’entre eux gardent encore une partie de leur mystère ; les principaux comprennent les supernovas, les pulsars, les quasars et les trous noirs. J’ai déjà eu l’occasion d’aborder les trous noirs (voir sujet trous noirs) et les supernovas (voir sujets mort d'une étoile et novas et supernovas). Je n’ai que brièvement cité les deux autres, pulsars et quasars, et, à la demande de certains lecteurs, je vais aujourd’hui essayer d’en dire un peu plus sur eux.

 
     Au préalable, toutefois, je voudrais revenir sur un point fondamental : l’Univers ne se réduit pas à la simple accumulation d’objets distribués un peu au hasard ; il est structuré et soumis à des lois physiques qui, comme l’a fort bien démontré Einstein dans son explication de la Relativité générale (voir sujet théorie de la Relativité générale), sont partout les mêmes, que l’on se trouve sur Terre ou à l’autre bout de l’Univers. C’est cela qui fait que cet Univers, notre Univers, est intelligible et, à ce titre, passionnant à observer. La discipline s’intéressant à ces mondes lointains et à leurs diverses interactions est la cosmologie scientifique qui s’efforce de comprendre cette organisation immense. Pour déchiffrer l’agencement global de l’Univers, il est donc primordial d’interpréter ce qui se passe dans les objets les plus éloignés, des astres ou des structures situés à des distances que le cerveau humain est incapable d’appréhender véritablement.

 Les pulsars

     Ce sont d’étranges objets dont le premier fut découvert en 1967 à l’observatoire de Cambridge, en Grande-Bretagne. A vrai dire – et comme presque toujours en astronomie – les scientifiques anglais cherchaient autre chose : ils étudiaient les quasars, autres objets mystérieux sur lesquels nous reviendrons dans la seconde partie de ce sujet. A l’aide d’un radiotélescope, ces astronomes mirent en évidence un signal intermittent régulier se répétant après quelques secondes. Il n’en fallait pas plus pour que l’on pense immédiatement à une intelligence extra-terrestre cherchant à communiquer par une balise émettant des signaux artificiels tant le phénomène était constant (une origine terrestre avait été bien sûr formellement exclue). Les découvreurs du phénomène (HEWISH et BELL) allèrent jusqu’à baptiser l’objet responsable LGM-1, LGM signifiant Little Green Men (petits hommes verts) mais il fallut bientôt se rendre à l’évidence : le phénomène était naturel ; pour la première fois, on venait de découvrir les traces d’une étoile à neutrons en rotation rapide.

 
          * Les étoiles à neutrons

 
     Ce type d’objet résulte de l’évolution ultime d’une supernova, c'est-à-dire de l’explosion d’une étoile dont la masse est au moins égale à 8 fois celle du soleil. Le cœur de l’étoile se retrouve alors sous la forme d’un résidu extrêmement dense (la masse du Soleil dans une sphère de 10 km de rayon !) qui peut se mettre à tourner sur lui-même tandis que ses structures superficielles sont éjectées dans l’espace formant des nébuleuses filamentaires s’étendant sur des dizaines d’années-lumière. Le cœur survivant de l’étoile morte est si dense, sa matière si écrasée, que les atomes ne peuvent plus assurer leur structure habituelle : ils s’interpénètrent. Leurs électrons se combinent avec les protons des noyaux atomiques pour former de nouveaux neutrons qui viennent s’ajouter à ceux déjà existant naturellement. Il ne reste finalement plus que des neutrons d’où l’appellation de l’étoile.

 
     Mais ce qui nous intéresse ici, c’est le champ magnétique du résidu d’étoile que l’on perçoit dans le rayonnement qui nous parvient. Toutefois, ce champ magnétique (ou plutôt son axe) n’est pas forcément aligné avec l’axe de rotation de l’étoile. De ce fait, on perçoit un faisceau qui, en raison de cette rotation, balaie l’espace de manière intermittente et, la rotation étant très régulière, ce faisceau nous parvient à intervalle parfaitement constant, donnant l’impression d’un phénomène artificiel. On comprend donc aisément pourquoi on a appelé ce type d’objets des pulsars… qui ressemblent (toute proportion gardée puisque nous sommes ici dans le domaine de l’invisible) à des phares de l’espace.

 
          * Différents types de pulsars

     A ce jour, il a été identifié environ 2000 pulsars et il en existe certainement beaucoup d’autres qui ne nous sont pas accessibles en raison de leur orientation. Les vitesses de rotation de ces objets sont variables, allant de 600 tours par seconde à ¼ de tour par seconde pour les plus lents (tout est relatif !). C’est une des raisons pour lesquelles on les classe selon diverses catégories.

 
     La majorité des pulsars font partie des pulsars radio puisque c’est dans le domaine des ondes radio qu’on détecte leurs pulsations. Il est certainement difficile de capter ces émissions et on a recours à des techniques spéciales pour les observer et ce d’autant qu’une impulsion unique a un caractère souvent changeant. Toutefois, lorsqu’on dresse une moyenne à partir de plusieurs centaines d’impulsions, on obtient un profil médian très stable qui permet de caractériser parfaitement le pulsar observé et ainsi de le reconnaître facilement par la suite.

 
     Il existe d’autres pulsars appelés magnétars dont le champ magnétique est extraordinairement élevé. On a longtemps pensé qu’il s’agissait là de pulsars particuliers à l’origine mal comprise mais on évolue aujourd’hui vers une approche plus globale : on pense qu’il s’agit d’objets très jeunes, peut-être un stade évolutif obligatoire - quoique bref - de la vie de n’importe quel pulsar.

 
     Plus étranges paraissent être les pulsars X qui émettent dans le domaine des rayons X. L’explication de ce phénomène particulier est probablement à rechercher dans la présence d’un compagnon du pulsar, une étoile ordinaire composant avec l’étoile à neutrons un système binaire. Un cas particulier de ce type d’objets est celui des pulsars gamma qui, comme l’indique leur appellation, émettent des signaux dans le domaine des rayonnements gamma. Signalons que certains pulsars gamma émettent aussi dans le domaine des ondes radio, preuve qu’ils font alors partie d’un système binaire. Une seule exception existe toutefois d’un pulsar gamma (du nom de Geminga), impossible à détecter dans le domaine radio alors que c’est la source gamma la plus intense détectée dans l’Univers. Comment l’expliquer ? On ne sait pas encore. Comme on peut le constater, il reste beaucoup à découvrir sur ces objets bien particuliers : certains astronomes se sont d’ailleurs faits une spécialité de ce type d’études.

 
     Les pulsars millisecondes, quant à eux, sont des objets très anciens dont le champ magnétique a, avec le temps, beaucoup diminué tandis que leur rotation est très élevée. Ici aussi, la présence d’un compagnon, naine blanche ou étoile normale, peut expliquer ces phénomènes.

 
          * Intérêt de l’étude de ces astres si particuliers

     On pourrait se dire qu’il s’agit là d’études finalement assez gratuites (ce qui, dans le domaine de la Science, est loin d’être répréhensible). Il n’en est rien. C’est en effet grâce à l’observation de ces astres étranges qu’on a pu établir de manière éclatante la validité de la théorie de la Relativité générale bâtie au siècle dernier par Einstein. A partir de chronométrages précis de certains pulsars binaires, il a été notamment possible de confirmer expérimentalement l’existence des ondes gravitationnelles prédites par la théorie et formellement mises en évidence le 14 septembre 2015 (voir le sujet dédié) . Ainsi, à ce jour, pas moins de cinq effets relativistes ont pu être authentifiés et plus d’une dizaine d’autres sont actuellement à l’étude.

 
     On rejoint là ce que j’expliquais en préambule : l’Univers lointain (même si la majorité des pulsars observés appartiennent à notre galaxie ou à ses satellites) est régi par les mêmes lois que celles en vigueur dans notre espace proche : oui, l’Univers est intelligible. 

Les quasars

     Revenons aux années 50 et au tout début de l’observation de l’Univers par les radiotélescopes rudimentaires de l’époque. Deux sources radio principales sont alors détectées. Certaines se trouvent dans le plan galactique : elles font donc partie de notre galaxie et, effectivement, très rapidement les astronomes les attribuèrent à des masses de gaz ionisés, voire à des restants de supernovas. D’autres, néanmoins, se distribuent de manière homogène dans l’espace. L’amélioration des outils d’observation finira par les situer au-delà de notre galaxie, loin, très loin dans l’espace et, de plus, les feront coïncider le plus souvent avec la présence de galaxies elliptiques (jamais spirales, voir sujet les galaxies). Coïncider le plus souvent mais pas toujours car, dans certains cas, les télescopes optiques braqués sur l’endroit de l’émission radio… ne trouvent rien ! Problème.

 
     Les outils astronomiques devenant encore plus performants, on en arrive à identifier des sources possibles mais ce ne sont pas des galaxies, seulement de simples étoiles ! Ce qui est tout simplement impossible. Impossible car leur luminosité serait alors supérieure à celles d’une galaxie entière qui regroupe, rappelons-le, plusieurs milliards d’étoiles… Ajoutons à cela que l’étude de leur spectre optique montre un décalage considérable vers le rouge (effet doppler) : ces objets s’éloignent donc de nous à une vitesse fantastique (de plus en plus vite et de plus en plus loin en raison de l’expansion de l’Univers). Dernier point important s’il en est : la luminosité de ces objets varie en quelques mois ce qui traduit une taille très petite, en aucun cas galactique. Ni une galaxie, ni une étoile, alors quoi d’autre ? On se perd en conjectures sur ce qui est un véritable casse-tête et, ne trouvant pas d’explication logique, on en reste là pour le moment.

 
         * galaxies de Seyfert

     En 1943, un astronome américain, Carl SEYFERT, avait isolé une classe spéciale de galaxies qui portent d’ailleurs son nom. Ces galaxies se caractérisent par la présence d’un noyau hyperbrillant et compact dont l’étude du spectre montre qu’il est caractéristique de gaz animés de mouvements extraordinairement rapides de l’ordre de plusieurs milliers de km par seconde. Durant presque un quart de siècle, cette observation passe inaperçue jusqu’à ce que l’on se rende compte que les spectres optiques des noyaux des galaxies de Seyfert ressemblent étrangement aux fameux objets inconnus, les quasars. L’explication est proche.

 
          * Quasars

     Dans beaucoup de galaxies existent en définitive des noyaux brillants, des « miniquasars ». Toutefois, dans certains cas, la luminosité du noyau est telle qu’elle éclipse tout simplement celle des autres étoiles. Voilà la raison pour laquelle on n’observe alors que ce noyau, une sorte « d’étoile » extraordinairement lumineuse : c’est de là que vient l’appellation quasar, contraction de quasi-stellar radio sources (quasi-étoiles).

 
     Les quasars les plus lumineux et les plus gros sont d’autant plus nombreux que l’on observe l’Univers lointain. Près de nous, il y a peu de  quasars et ce sont toujours des miniquasars. Pourquoi ? Rappelons-nous que, plus on observe loin, plus on observe le passé. Que se passait-il jadis qui n’arrive plus (ou moins souvent) aujourd’hui ? L’explication la plus logique est la suivante : au centre de chaque galaxie existe un trou noir. Au début – c'est-à-dire très loin dans l’espace – ces trous noirs étaient hyperactifs car ils disposaient de beaucoup de matière stellaire à absorber. Jusqu’à créer autour d’eux une sorte de « no man’s land » qui les réduisit à l’inaction. Nous sommes à présent pratiquement sûrs qu’un trou noir existe au centre de la Voie lactée  elle-même mais qu’il est « endormi » (voir le sujet : Sagittarius A, le trou noir central de notre galaxie). Ce qui n’a sûrement pas toujours été le cas. Il est vrai que notre Galaxie est du domaine proche donc du (presque) présent, mais, au fur et à mesure qu’on regarde au loin, c’est à dire dans le passé, on arrive à avoir une « photo » datant de milliards d’années. Les quasars observés sont ainsi vraisemblablement les traces de ce passé disparu et traduisent l’activité des trous noirs centro-galactiques de l’époque : si l’on pouvait se trouver projeté à ces distances phénoménales, on découvrirait que ces quasars gigantesques sont à présent pratiquement au repos. En revanche, en regardant de cette position loin dans l’espace (dans le passé) du côté de la Voie lactée, on y découvrirait l’image rémanente du trou noir – du quasar – qui y brilla il y a si longtemps. En effet, la lumière ne circule qu’à la vitesse d’environ 300 000 km/seconde et l’espace est si étendu ! Je me répète une fois encore mais observer l’espace lointain, c’est remonter le temps. Et c’est cela qui rend l’astronomie si passionnante.

 

     Dans le ciel lointain existent des formations aux configurations insolites. L’astronomie moderne – et singulièrement sa branche spécialisée, la cosmologie scientifique – s’est fait un devoir de les décrypter. J’espère vous avoir convaincu (si tant est qu’il l’eut fallu) de l’intérêt de telles démarches scientifiques. Il reste encore certainement beaucoup de zones d’ombre mais chaque année qui passe apporte son lot de connaissances nouvelles qui, parfois, remettent en question les anciennes. Je trouve pour ma part extraordinaire que, depuis la Terre qui est si petite et située si loin des objets observés, on ait pu en apprendre tellement en examinant simplement le cosmos avec des instruments plus ou moins bien adaptés. Extraordinaire que, ensuite, après de minutieuses vérifications, certains aient longuement réfléchi pour chercher à comprendre et à expliquer…

     Il reste tant à découvrir que, j’en suis certain, l’avenir nous réserve encore de bonnes surprises mais, c’est bête à dire, cette curiosité doublée de tant d’ingéniosité, est une des dernières choses qui me permette encore de croire en l’intelligence de l’espèce humaine. 

Images :

1. image d'un quasar, c'est à dire d'un trou noir centrogalactique. Il s'agit bien sûr d'une vue d'artiste (sources : fascinatingly.com)

2. radiotélescopes (sources : ucsdnews.ucsd.edu)

3. structure d'une étoile à neutrons (sources : techno-science.net)

4. pulsar X de la nébuleuse du crabe photographié ici par l'observatoire Chandra. Il s'agit évidemment de la représentation visuelle d'une source X.  (sources : www.xmouse.org)

5. quelques exemples de quasars photographiés par le telescope spatial Hubble (sources : cosmovisions.com)

 6. la très belle galaxie du sombrero (ainsi appelée parce que vue par la tranche) photographiée par le télescope spatial Hubble. Assez proche puisque située à 50 millions d'années-lumière, elle renfermerait un gigantesque trou noir. (sources : www.cidehom.com)

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

Mots-clés : Voie lactée, groupe local, radiotélescope, quasar, pulsar, supernova, trou noir, magnétar, pulsar X, pulsar milliseconde, étoile à neutrons, Relativité générale, galaxie de Seyfert, cosmologie scientifique 

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

Sujets apparentés sur le blog :

1. trous noirs

2. mort d'une étoile

3. novas et supernovas

4. théorie de la relativité générale

5. les galaxies

6. distances et durées des âges géologiques

7. Sagittarius A, le trou noir central de notre galaxie

8. les ondes gravitationnelles

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Mise à jour : 26 février 2023

     La Science, on l’a déjà mentionné, avance généralement à petits pas. Cette progression est faite d’erreurs, de tâtonnements, de remises en cause, parfois même de retours en arrière. La grande majorité des scientifiques qui participent à cette marche en avant vers la compréhension du monde qui nous entoure sont honnêtes et lorsque l’un d’entre eux se trompe, c’est souvent de bonne foi. Il existe cependant – et comme partout – des brebis galeuses, qui par appât du gain ou plus souvent encore par recherche de gloire, trichent ou plagient. La communauté scientifique, tôt ou tard, finit par les confondre et il ne reste alors plus qu’à déplorer le temps perdu à arpenter ces impasses. Certains de ces égarements coupables sont restés célèbres : je pense notamment aux travaux du généticien soviétique Lyssenko dont il m’amusera peut-être un jour de rapporter ici les théories fantaisistes (c'est fait ! Voir le sujet : l'affaire Lyssenko).

 
     Aujourd’hui, je voudrais revenir sur une autre affaire d’envergure qui défraya en son temps la chronique scientifique et plus particulièrement la paléontologie : la découverte en 1912, en Angleterre, de l’homme de Piltdown.

 
Le contexte

     Depuis toujours, les paléoanthropologues recherchent ce qu’ils appellent « le chaînon manquant » entre les préhumains et l’homme moderne (voir le sujet le dernier ancêtre commun). A la suite de la parution de « l’origine des espèces » de Darwin, plusieurs publications avaient proposé des arbres généalogiques de l’Homme et toutes acceptaient l’idée qu’il existait quelque part, non encore découvert, le fossile d’un être intermédiaire entre les grands singes et l’homme d’aujourd’hui, le fameux chaînon manquant.

 
     En ce tout début du XXème siècle, on dispose finalement d’assez peu d’éléments sur la lignée ayant pu conduire à homo sapiens : l’homme de Neandertal avait été découvert en 1856 et un hominidé plus ancien, le pithécanthrope (homo erectus) en 1887 à Sumatra. Entre les deux, rien ou à peu près. Neandertal, par « son aspect repoussant et archaïque » (aux yeux des savants de l’époque) ne pouvait être candidat comme ancêtre direct de l’homme moderne (c’est en fait un cousin) et homo erectus était trop ancien, archaïque lui-aussi.

 
    Ajoutons à cela que, sur fond de chauvinisme national, les britanniques étaient plutôt désolés que la découverte de Neandertal ait eu lieu sur le continent (Allemagne et France principalement) : il n’en fallait pas plus pour qu’ils s’emballent à l’idée que ce chaînon manquant puisse être britannique, le « premier anglais » en somme.

 
La découverte

 
     Par une belle journée de l’été 1899, un paléontologue amateur nommé Charles Dawson se promène dans la campagne anglaise du Sussex, à une cinquantaine de km au sud de Londres. Dawson n’est pas vraiment un inconnu : avocat de formation, il s’était très tôt passionné pour l’archéologie et la paléontologie, réalisant même quelques découvertes qui lui avaient valu une certaine notoriété au point que, ayant fait don de sa collection de fossiles au British Museum, il avait été accepté comme correspondant du Muséum d’Histoire naturelle anglais (il avait à peine 21 ans !).

 
     Ce jour-là, Dawson remarque, à Piltdown, près d’une ferme, un chantier routier où on utilise une sorte de gravier rouge dont il pense qu’il pourrait être fossilifère. Il engage la conversation avec les ouvriers et obtient qu’on le prévienne si, au cours des travaux, il était découvert des fragments de squelettes supposés préhistoriques. Bonne pioche : peu après, on lui apporte des fragments de crâne certainement humains et assez anciens. Durant les trois ans qui vont suivre, il prospecte l’endroit et retrouve quelques débris complémentaires mais tout va changer en février 1912 lorsqu’il se met en rapport avec le président de la société de géologie de Londres, Arthur Woodward, pour lui apprendre qu’il a mis au jour quelque chose de vraiment intéressant : il s’agit d’un crâne (en fait cinq morceaux reconstitués) et d’une mâchoire qui présentent l’extraordinaire particularité d’être très moderne pour le crâne et encore simiesque pour la mâchoire. Or, il en certain, il s’agit des restes d’un même individu…

La consécration

 
     Le lecteur doit se souvenir que nous sommes alors en 1912 et que les techniques modernes de datation (notamment par le carbone 14) ne sont pas encore découvertes. A l’époque, pour dater un fossile, on cherchait à repérer dans quelle couche géologique il avait été trouvé et quels étaient les autres fossiles présents au même endroit (de nos jours, on procède toujours ainsi pour une première approximation). Et c’est là que la découverte devient miraculeuse : dans la même couche de sédiments, on découvre des dents d’éléphants, d’hippopotames, etc., toutes vieilles de 500 000 ans, ce qui date le crâne de cette époque.

 
     En juin de la même année, Dawson et Woodward se rendent à nouveau sur les lieux, en compagnie d’un membre du Muséum d’Histoire  naturelle de Paris qui deviendra par la suite célèbre, le père Teilhard de Chardin. Les trois savants recueillent encore quelques morceaux de crâne et une hémi-mâchoire droite. Quoi qu’il en soit, la découverte de la mâchoire d’allure simiesque (logiquement reliée au crâne d’allure humaine) est d’importance, d’autant qu’elle possède encore quelques dents, des molaires, qui, elles, sont usées à la manière de celles des hommes…

 
     La présentation de la découverte est faite le 18 décembre suivant au Muséum d’histoire naturelle britannique devant un auditoire subjugué : le fameux chaînon manquant tant recherché vient donc d’être identifié et Woodward va jusqu’à décrire un individu ayant vécu aux tous premiers âges de l’Homme, individu qu’il nomme Eoanthropus, c’est-à dire « l’homme de l’aube ». La nouvelle fait le tour du monde et, bientôt, « l’homme de Piltdown » devient une vedette incontestée de la paléontologie et des centaines de publications scientifiques vont lui être consacrées.

 
     Dans un premier temps, les Français doutent de l’authenticité de la découverte puisqu’ils penseront longtemps qu’il s’agit des restes de deux individus, l’un incontestablement humain (le crâne) mais l’autre d’origine simiesque (la mâchoire). Les Anglais sourient devant ce qui leur semble être une manifestation de dépit. En 1913, toutefois, Teilhard de Chardin met au jour une dent, une canine, dont la nature simiesque certaine montre des signes d’usure typiquement humains. Dès lors la cause est entendue et l’homme de Piltdown entre de plain-pied - et comme pièce majeure - dans le grand musée de la paléoanthropologie.

 
La remise en cause

 
     En 1924, en Afrique du sud, on découvre le premier fossile d’australopithèque dont la datation le situe comme étant âgé de plusieurs millions d’années, c’est à dire bien antérieurement au pithécanthrope. Son examen révèle que si son crâne est encore bien proche de celui des singes, sa mâchoire recèle déjà des caractéristiques humaines : on se trouve dans un cas de figure diamétralement opposé de celui de l’homme de Piltdown. Les premiers doutes s’installent sur la découverte de Dawson.

 
     Face à la mise à jour de fossiles qui ne semblent pas aller dans le sens qu’il a proposé pour sa « découverte », en 1944, Woodward (Dawson est mort depuis longtemps) propose une explication un peu différente : pour lui, il existe deux lignées évolutives simultanées. La première intéresse les australopithèques, le pithécanthrope et Neandertal tandis que la seconde se rapporte exclusivement à l’homme de Piltdown.

 
     Il faut attendre 1949 pour reconsidérer le problème. A cette époque, il existe en effet de nouveaux outils de datation, notamment la datation au fluor. Un paléontologue anglais de l’Institut d’Histoire naturelle de Grande-Bretagne, Kenneth Oakley, reprend le dossier et, grâce aux nouvelles techniques, arrive à la conclusion indubitable que le crâne de l’homme de Piltdown appartient en réalité à un humain vieux d’environ 40 000 ans. Quelques années plus tard, en 1953, un autre scientifique anglo-saxon démontre que la mâchoire du soi-disant chaînon manquant est bien celle… d’un singe. Dès lors la supercherie ne fait plus de doute, ce que le Muséum britannique finit par reconnaître.

 
     En 1959, la paléontologie entre dans l’ère moderne avec les méthodes de datation au carbone 14. On réexamine le crâne de l’homme de Piltdown et les conclusions sont alors sans appel : le crâne appartient à un homme ayant vécu au Moyen-âge et date d’à peine 500 ans. Quant aux dents des animaux préhistoriques découvertes dans le sédiment de Piltdown, elles sont, elles, tout à fait authentiques mais proviennent d’Afrique du nord ! Le faux est certain… même s’il a trompé les meilleurs spécialistes durant plus de quarante ans.

La recherche des coupables

  
     Une mystification de toute la communauté scientifique durant plus de quarante ans – et dans un domaine pointu – voilà qui n’est pas banal. Alors, évidemment, se pose l’incontournable question : qui ? De nombreux noms ont été avancés sans jamais emporter une conviction définitive. Il semble que Woodward, le président du Muséum d’Histoire naturelle anglais, ne soit pas en cause : on a plutôt tendance à voir en lui une victime dont la bonne foi a été abusée.

 
     Plus intéressante est la personnalité de Dawson. Il paraît en effet difficile de penser qu’il n’ait pas d’une manière plus ou moins proche participé à l’édification de la supercherie. L’éminent paléontologue que fut Stephen J. Gould s’est penché sur la question. Ce dernier pense que, si Dawson avait l’opportunité, c’est Teilhard de Chardin qui avait les connaissances indispensables. Il est vrai que Teilhard (qui fut un scientifique de grand renom) n’a, par la suite, que très peu tenu compte de « l’homme de Piltdown » dans ses publications ultérieures comme si, comme le remarque Gould, il avait été au courant du peu de cas qu’il fallait faire du sujet. Alors, une farce de Teilhard vis-à-vis de Dawson et l’impossibilité de revenir en arrière ? Ou une mise en scène des deux pour se moquer d’une communauté scientifique un peu trop rigide ?

 
     Reste une dernière hypothèse. Près de Piltdown résidait un personnage célèbre, Sir Arthur Conan Doyle, le propre père de Sherlock  Holmes. Ce grand nom de la littérature internationale s’intéressait de très près au domaine paléontologique puisque travaillant à cette époque sur son ouvrage « le monde perdu ». Très épris de « bonnes blagues » et d’enquêtes difficiles, il aurait très bien pu intervenir jusqu’à fabriquer de toutes pièces cet imbroglio paléontologique…

 
     On ne saura jamais le fin mot de l’histoire puisque tous les protagonistes possibles de ce psychodrame sont à présent morts depuis longtemps. Dans le fond, cela n’a pas une importance extrême. Ce qu’il faut en revanche retenir de cette escroquerie à la science, c’est que rien n’est jamais acquis et que les hypothèses les plus séduisantes doivent toujours être révisées à l’aune des connaissances nouvelles. Pour ma part, je pense que la résolution, même tardive, de cette affaire étrange est à mettre au crédit de l’esprit scientifique qui démontre ici qu’il sait toujours se remettre en cause. Comme le dit si bien l’adage : « on peut tromper quelqu’un tout le temps ; on peut tromper tout le monde un certain temps mais on ne peut pas tromper tout le monde tout le temps. »
 

Images

  
1. crânes comparés de chimpanzé, homo erectus et homme moderne (sources : ngzh.ch)
2. Charles Dawson (assis) et un de ses assistants (sources : age-of-the-sage.org)
3. Teilhard de Chardin (sources : the-savoisien.com)

4. le crâne de l'homme de Piltdown : crâne d'homme et mâchoire de singe (l'articulation avait été rognée pour faire disparaître la mauvaise adaptation) (sources : goatstar.org)

5. Holmes, célèbre détective, ici interprété par Basil Rathbone (sources : horror-wood.com)

      Sous le nom un rien cinématographique de «East Side Story» (histoire du côté est) se cache une théorie scientifique popularisée par le charismatique paléontologiste Yves Coppens au début des années 80 et dont l’intérêt majeur est de présenter un modèle logique expliquant l’apparition de l’Homme. Un titre accrocheur, un scientifique de premier plan et son équipe, une explication rationnelle et, semble-t-il, confortée par de nombreux éléments factuels, il n’en fallait pas plus pour populariser la théorie… jusqu’à ce que quelques bouts d’os découverts aux confins d’un désert hostile ne viennent la mettre à mal. J’ai déjà eu l’occasion d’expliquer que la grandeur de la Science est de savoir se remettre continuellement en cause : à ce titre l’aventure de l’East Side Story est exemplaire.

 la genèse de la théorie

    A quelle date et dans quel endroit les lignées préhumaines se sont-elles séparées de celles des grands singes ? Quelles en furent les raisons ? Voilà les interrogations que les paléontologues se posent depuis toujours. C’est à ces questions que la théorie va s’efforcer de répondre.

  
     Nous sommes en Afrique, berceau de l’Humanité, il y a environ dix millions d’années. A cette époque vit sur l’ensemble du territoire une population de grands singes humanoïdes. L’Afrique de ce temps-là est humide et couverte de forêts primordiales difficilement pénétrables mais sa partie orientale est instable en raison de la dérive des continents ou, pour le dire de façon plus scientifique, de la tectonique des plaques. Une faille gigantesque va ainsi se constituer du nord vers le sud, aboutissant à la formation d’une immense vallée dite du Rift (cf glossaire). De ce fait, les populations de primates vont se retrouver séparées en deux, celle de l’est allant subir de plein fouet un profond changement climatique et géographique.

     En effet à l’est, une immense bande de terre est séparée du reste de l’Afrique par la barrière du Rift,  se retrouvant du coup à l’abri des précipitations. Progressivement va se mettre en place un climat plus sec qui, peu à peu, va aboutir à la régression de la forêt remplacée par de la savane, un lieu où la végétation devient moins dense et les arbres épars. De ce fait, l’environnement boisé ayant disparu, la nourriture se fait plus rare et il n’est pas exceptionnel qu’il faille des km de marche à pied aux grands singes pour trouver leur pitance. Voilà à l’évidence un environnement propice au développement de la bipédie (et de tout ce qui va avec, cerveau compris) puisqu’il faut pouvoir observer de loin afin d’identifier proies et prédateurs.

  
     C’est dans ce contexte que l’on explique l’évolution des hominidés (voir glossaire) avec l’apparition de lignées mieux adaptées au nouvel environnement tels les australopithèques et les paranthropes. C’est également dans ce milieu que s’est probablement développée la branche ayant conduit à l’homme moderne (voir le sujet dernier ancêtre commun). Un élément semble conforter cette approche : durant des dizaines d’années, la quasi-totalité des fossiles d’australopithèques et assimilés est mise à jour à l’est du Rift : je pense notamment à Lucy, la jeune australopithèque précisément découverte par Yves Coppens et son équipe (voir sa description dans le sujet déjà cité : le dernier ancêtre commun)

 
     A l’ouest, en revanche, aucun changement climatique. Cette partie de l’Afrique demeure boisée et humide et les primates qui s’y trouvent sont donc essentiellement arboricoles et quadrupèdes. Ce sont ces lignées de primates qui conduiront aux gorilles, bonobos et autres chimpanzés.

 
     On comprend donc parfaitement la signification de la théorie de Coppens : le changement climatique de la région est-africaine a permis l’émergence d’autres formes de grands primates tandis que de l’autre côté, à l’ouest, l’évolution a suivi son cours sans bouleversement majeur.

la remise en cause

    Tout semble parfait et la théorie tient parfaitement la route. Sauf que, en 1995, au Tchad, une équipe de paléoanthropologues dirigée par Michel Brunet met à jour la mâchoire inférieure d’un australopithèque qui sera baptisé Abel. C’est le premier primate de ce type à être identifié à l’ouest du Rift et c’est à plus de 2500 km de la barrière… Perplexité des scientifiques. Est-ce à dire qu’il s’agit de l’exception qui confirme la règle ?

 
     Las, en 2001, à 800 km au nord de Ndjamena, la capitale du Tchad, une équipe de scientifiques (dirigée par Michel Brunet, encore lui) découvre le crâne quasi complet  d’une  nouvelle espèce de préhumains dont la datation est finalement comprise

entre – 6,8 et – 7,2 millions d’années. Baptisé Toumaï, ce préhumain semble très proche de la divergence chimpanzés-hominidés, c’est-à-dire à un moment de l’évolution se situant bien plus en amont encore que les australopithèques déjà signalés (dont l'apparition remonte à entre - 4 et - 1 millions d'années). Il faut toutefois noter que certains paléontologues hésitent encore et trouvent Toumaï plus près des ancêtres des singes que de ceux des hommes : Yves Coppens, quant à lui, penche pour l'hypothèse humaine...

 
    Quoi qu'il en soit, il paraît peu probable que l’on ait affaire à deux individus égarés à l’ouest du Rift (et si loin !), d’autant qu’il faut garder à l’esprit que les découvertes paléontologiques ne sont jamais que la (toute) petite partie émergée de l’iceberg. Bien sûr, la majorité des fossiles de cette époque (plus de 3000) a été découverte dans la vallée du Rift et on n’évoque ici que le cas de deux individus mais il faut pourtant se rendre à l’évidence : si séduisante qu’elle ait pu sembler, la théorie de « l’East Side » paraît battue en brèche. Ce qu’Yves Coppens lui-même admettra volontiers en reconnaissant que sa théorie formulée en 1982 ne « correspondait plus aux données actuelles ».

la leçon de l'histoire

 
        On peut tirer deux enseignements principaux de cette aventure.
     D’abord, la séparation entre les hominidés primitifs et les précurseurs préhumains de notre espèce n’est en définitive pas vraiment éclaircie. Certes, on en connait à peu près la période (vers – 8 à – 10 millions d’années) mais si l’on est à peu près certain que cette différenciation s’est produite en Afrique, on ne sait plus trop exactement dans quelle partie : à l’est comme le voudrait la théorie que nous évoquons (mais alors quid d’Abel et de Toumaï ?), dans une autre partie comme le sud de l’Afrique avec des radiations successives vers le nord, dans tout le continent à peu près dans le même temps ? Il faudra d’autres découvertes de fossiles pour trancher.

     Ensuite il convient de rendre hommage à la grande honnêteté intellectuelle despaléontologistes concernés, notamment Yves Coppens qui, loin de s’accrocher à sa théorie pourtant séduisante, a su en reconnaître les limites, voire – peut-être – son inadéquation avec la réalité. La science n’est pas une religion accrochée à des dogmes écrits une fois pour toutes comme j’ai eu l’occasion de le signaler tout au long de ce blog, que ce soit en astronomie, en paléontologie comme aujourd’hui ou lors de l’édification progressive d’une théorie moderne de l’Evolution.

 
     L’East Side Story qui nous donnait à penser que nous avions enfin compris les raisons et les conditions de la séparation des lignées préhumaines d’avec celles des grands singes est à revoir : la mariée était trop belle !

Glossaire (sources : Wikipedia France)

     * rift : Un rift est une région où la croûte terrestre s’amincit. En surface, un rift forme un fossé d'effondrement allongé, dont les dimensions peuvent atteindre quelques dizaines de kilomètres de large pour plusieurs centaines de kilomètres de long. Cette dépression allongée, limitée par deux failles normales dites failles bordières, est le lieu d'une sédimentation le plus souvent lacustre et d'un volcanisme soutenu.

     * Vallée du Rift est-africain : cette zone d’extension intracontinentale rejoint au nord deux structures extensives (des anciens rifts océanisés) qui limitent la plaque arabique : la mer Rouge et le golfe d’Aden. Le point triple de l’Afar qui relie ces trois structures est une zone volcanique majeure découpée par de nombreuses failles normales.
     Le rifting débute au Miocène, et l’effondrement provoque une importante sédimentation lacustre (jusqu’à 8 000 m). De nombreux lacs occupent actuellement le rift (lac Kivu, lac Tanganyika, lac Malawi).
     La vitesse d’ouverture est de l’ordre de 10 mm/an et diminue vers le sud. Les deux branches du rift sont reliées par une zone de fracturation importante, le linéament d’Assoua. Le Kilimandjaro et le mont Kenya sont situés à l’intersection entre la branche orientale et ce linéament. La poursuite de cette extension intracontinentale peut aboutir, dans les prochains millions d’années, à une océanisation et à l’individualisation d’une plaque somalienne. (sources Wikipedia France)

     * Hominidés : les grands singes font partie des primates et forment une super famille dite des hominoïdés qui se sépare elle-même en deux lignées :
            a. la première regroupe les hominidés qui comprennent les gorilles, les chimpanzés, les bonobos… et l’homme tandis que les pongidés sont essentiellement représentés par l’orang-outang;
          b. la deuxième lignée quant à elle ne recouvre que les hylobatidés représentés par les gibbons.
     On trouvera de plus amples explications de cette classification dans le sujet le dernier ancêtre commun

Images

1. Carte de la vallée du Rift (sources : Wikipedia France)
2. Vallée du rift (sources : picasaweb.google.com)
3. Toumaï (sources : parismatch.com)
4. Yves Coppens (sources : fr.wikipedia.org/wiki)

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

Mots-clés :  Yves Coppens, tectonique des plaques, Rift, bipédie, hominidés, australopithèques, Michel Brunet, Abel, Toumaï 

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

Sujets apparentés sur le blog

 1. la bipédie, condition de l'intelligence ?

 2. le dernier ancêtre commun

 3. le rythme de l'évolution des espèces

 4. les humains du paléolithique

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Mise à jour : 27 février 2023