En fait, l’homme descendrait du rat…

Ceux qui ont eu du mal à accepter que l’homme descende du singe vont encore passer un mauvais moment. Non seulement, cette origine n’est pas remise en question mais les chercheurs, en remontant beaucoup plus loin, ont abouti à un autre ancêtre: une sorte de rat… Publiée dans Science du 8 février 2013, l’article qui nous ôte tout espoir d’avoir été créé à l’image de Dieu. A moins de croire, comme les Indiens, à la réincarnation et de dédier certains temples aux… rats (voir la vidéo ci-dessous).

L’ancêtre commun des mammifères placentaires

L’équipe de 22 chercheurs américains, plus un Canadien, dirigée par Maureen O’Leary, du département de sciences anatomiques de l’école de médecine de l’université Stony Brook, a reconstruit l’arbre généalogique des mammifères placentaires. C’est-à-dire ceux qui se reproduisent à l’aide d’un véritable placenta qui alimente l’embryon et le fœtus. Dans ce groupe, on trouve les chats, les chiens, les chevaux, les musaraignes, les éléphants, les chauve-souris, les baleines  et… les hommes. Il s’agit du plus important groupe de mammifères avec plus de 5000 espèces dans une centaine de familles.

Juste après les dinosaures

En remontant aux origines de ce groupe, les chercheurs sont presque parvenus jusqu’aux dinosaures. Du moins jusqu’à leur extinction à la fin du Crétacé, il y a 65 millions d’années. Il semble que notre ancêtre rongeur soit apparu entre 200 000 et 400 00 ans après cette extinction. Deux à trois millions d’années plus tard, le groupe des mammifères placentaires modernes se mit à proliférer. Ces résultats bouleversent la chronologie admise auparavant puisque qu’elle fait reculer l’apparition du premier ancêtre commun aux mammifères placentaires de… 36 millions d’années.

Le plus remarquable, dans ce travail, est qu’il ne repose pas sur de nouveaux fossiles mais sur l’analyse des caractères anatomiques, morphologiques et moléculaires des animaux. Les chercheurs ont exploité les informations rassemblées dans la plus grande base de données mondiale sur les caractères morphologiques, la MorphoBank, soutenue par la National Science Foundation (NSF). Ils ont utilisé de nouveaux logiciels pour analyser les caractéristiques d’espèces de mammifères vivantes et éteintes. Pas moins 4541 phénotypes de 86 fossiles et espèces vivantes ont été associés à des séquences moléculaires. Au final, ce sont les traits morphologiques qui ont pris le dessus et conduit les chercheurs dans leur reconstruction de l’arbre de la vie des mammifères. Ce travail fait partie du projet Assembling the Tree of Life financé par la NFS. L’approche morphologique des chercheurs présente l’avantage d’aboutir à une image, certes reconstruite, de l’ancêtre commun. Elle ne pouvait que chatouiller les spécialistes de biologie moléculaire et de génétique.

Fossiles contre horloges

Ainsi, le jour même de la parution de l’article dans Science, une réponse a été publiée par Anne Yoder, biologiste spécialiste de l’évolution de l’université Duke ( Caroline du nord). Sous le titre : “Les fossiles contre les horloges”, Anne Yoder commence par rendre hommage au travail de ses collègues avant de lancer sa flèche. Selon elle, les chercheurs de l’équipe de Maureen O’Leary, en se focalisant sur les caractéristiques morphologiques s’est plus attachée à décrire la forme de l’arbre que la longueur des branches. D’où la non prise en compte des conséquences de cette longueur des branches déterminée par les horloges moléculaires de la génétique. On peut espérer que les deux approches s’associent et permettent affiner les résultats.

Michel Alberganti

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A quoi pensent les poissons zèbres ?

Le poisson zèbre, c’est le rêve. Aussi bien pour les amateurs d’aquarium que pour les chercheurs. En effet, outre ses couleurs naturelles et ses capacités à régénérer ses blessures, de la colonne vertébrale par exemple, il possède la caractéristique remarquable d’avoir un corps transparent à l’état d’embryon et de larve. L’idéal pour observer à loisir le fonctionnement son organisme bien vivant. D’où l’idée de révéler à la planète ce qui se passe dans le cerveau d’une larve de poisson-zèbre… Nous rêvions tous de le découvrir sans oser le demander : à quoi pensent les poissons ? La réponse d’une équipe japonaise dirigée par Akira Muto, de l’Institut National de Génétique à Shizuoka, ne nous surprend qu’à moitié : à manger. Encore fallait-il le montrer. Et c’est ce que les chercheurs ont réussi à faire.

Une larve de poisson zèbre peut se nourrir  de paramécies dans la mesure où elle est capable d’attraper ce minuscule protozoaire unicellulaire qui se déplace dans l’eau grâce à ses cils. Que se passe-t-il dans le cerveau du poisson qui guette sa proie ? Pour la première fois, les chercheurs sont parvenus à montrer, avec une grande précision et en temps réel, quelles parties du cerveau de la larve s’activent en fonction de la position de la larve autour d’elle.


Pour y parvenir, les chercheurs ont reproduit l’organisation visuotopique du cortex visuel. Il s’agit de la façon dont l’image parvenant sur la rétine s’imprime dans le cerveau. Grâce à un type de marqueur particulier, le GCaMP qui permet de rendre fluorescent les ions calcium à l’oeuvre dans les neurones, les Japonais ont rendu visibles les zones du cerveau qui s’activent lorsque la larve de poisson zèbre suit sa proie des yeux. Sans surprise, c’est dans le lobe situé à l’opposé de l’oeil qui a capté l’image que les neurones s’allument.

L’étude de l’équipe d’Akira Muto a été publiée dans la revue Current Biology du 31 janvier 2013. L’un de ses collaborateurs, Koichi Kawakami, précise : “Notre travail est le premier à montrer l’activité du cerveau en temps réel chez un animal intact pendant son activité naturelle. Nous avons rendu visible l’invisible et c’est ce qui est le plus important”. La technique utilisée devrait rendre possible la visualisation des circuits neuronaux impliqués dans des comportements complexes, depuis la perception jusqu’à la prise de décision. Une possibilité d’autant plus intéressante que, dans sa conception générale et son fonctionnement, le cerveau d’un poisson zèbre ressemble assez à celui d’un être humain.

“A l’avenir, nous pourrons interpréter le comportement d’un animal, y compris l’apprentissage, la mémorisation, la peur, la joie ou la colère, à partir de l’activité de combinaisons particulières de neurones”, s’enflamme Koichi Kawakami. Autre objectif : analyser l’activité chimique du cerveau avec, à la clé, la possibilité d’accélérer le développement de nouveaux médicaments psychiatriques. Pas de quoi rassurer ceux qui craignent que les avancées de la recherche sur le cerveau ne conduisent à une intrusion dans nos pensées les plus intimes. Au risque de découvrir… qu’elles ne sont pas beaucoup plus sophistiquées que celles d’un poisson zèbre. Ce qui serait, convenons-en, une bien mauvaise nouvelle pour notre ego…

Michel Alberganti

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Human Brain Project : La Suisse prend la tête de l’Europe

100 milliards de neurones. 1 milliard d’euros… L’un des deux programmes de recherche “vaisseau amiral” (flagship) de la Commission Européenne (Future Emerging Technology (FET) Flagship) est le projet Human Brain Project (HBP) avec, pour leader, l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). L’annonce a été faite le 28 janvier 2013 par Neelie Kroes, vice-présidente de la Commission européenne (CE) en charge du programme numérique, lors d’une conférence de presse organisée à Bruxelles. Le second projet vainqueur, le graphène, sera piloté par l’université de Chalmers de Göteborg, en Suède.

Ces annonces ne constituent pas vraiment des surprises car elles avaient été dévoilées par la revue Nature, pourtant très stricte sur ses propres embargos, dès le 23 janvier 2013. Néanmoins, le fait que la Suisse, pays qui ne fait pas partie de l’Union Européenne (UE) et qui, en matière de recherche, a le statut de “membre associé” comme la Turquie, la Norvège ou Israël, soit promue à la tête d’un tel projet va faire grincer pas mal de dents en Allemagne, en France ou en Angleterre. Pas de quoi contribuer, par exemple, à resserrer les liens distendus des Anglais avec l’UE.

“La Suisse est un pays européen”

En Suisse, en revanche, la décision de la CE est fêtée comme un triomphe de la recherche helvétique. La qualité de cette dernière n’est pas contestée grâce à des établissements réputés comme, justement, l’EPFL, mais aussi l’École polytechnique fédérale de Zurich (EPFZ) et, bien entendu, le CERN de Genève. De là à lui confier le pilotage d’un tel projet, il y a un pas. Justement, lors de la conférence de presse, la première question posée par une journaliste de la télévision suisse a porté sur ce choix de la Suisse. Neelie Kroes a simplement répondu : “La Suisse est un pays européen !” Elle a ajouté que l’Europe avait besoin d’unir toutes ses forces… La vice-présidente de la CE a poursuivi les réponses aux questions posées, en particulier sur le financement, sur le même mode. C’est-à-dire en évitant soigneusement… les réponses précises.

Je reviendrai très vite sur le graphène, projet moins controversé. Le débat du jour concerne plus le Human Brain Project à la fois sur la forme et sur le fond.

1°/ Pourquoi la Suisse ?

Malgré l’absence de précisions données par Neelie Kroes, les raisons du choix de la Suisse sont claires. Le Human Brain Project était proposé par l’EPFL qui a recruté, en 2002, un homme, Henry Markram, qui a fait de ce programme celui de sa vie.  De nationalité israélienne, il a fait ses études en Afrique du sud (université de Cape Town) et à l’Institut Weizmann, en  Israël, avant de passer par les National Health Institutes (NIH) américains et le Max Planck Institute  de Heidelberg en Allemagne. A l’EPFL, il a lancé en 2005 le Blue Brain Project que le HBP va prolonger. Pour cela, il a convaincu Patrick Aebischer, le neurologue qui dirige l’EPFL, d’acquérir un supercalculateur Blue Gene d’IBM. Il a ainsi construit les bases du HBP et permis à la Suisse d’être candidate dans la course aux programmes FET Flagship. C’est donc grâce à l’israélien Henry Markram qu’un pays non membre de l’UE a remporté ce concours.

2°/ Pourquoi le Human Brain Project ?

“Un ordinateur qui pense comme nous”. C’est ainsi que Neelie Kroes a décrit l’objectif du HBP et justifié la victoire de ce projet. Pas sûr qu’Henry Markram se retrouve vraiment dans cette formulation, à moins qu’il en soit l’auteur… Pour convaincre les décideurs politiques, il faut savoir leur “vendre” des sujets de recherche souvent complexes. C’est bien le cas du HBP. Son réel objectif est d’intégrer l’ensemble des travaux des chercheurs du monde entier sur le fonctionnement du cerveau dans un seul supercalculateur. A terme, ce dernier pourrait simuler le fonctionnement complet du cerveau humain. Il permettrait alors de mieux comprendre les mécanismes de maladies neurodégénératives et même de tester des médicaments pour les soigner.

Cette approche suscite de nombreuses critiques et pas mal de doutes sur ses chances d’aboutir. La recherche sur le cerveau génère environ 60 000 publications scientifiques par an. La plupart portent sur des mécanismes très précis des neurones, des synapses ou des canaux ioniques. Ces recherches ne permettent pas d’aboutir à une vue d’ensemble du fonctionnement du cerveau. C’est justement l’objectif du HBP. Pour autant, rien n’assure qu’un modèle synthétique émergera de ce rassemblement de travaux épars. Certains pensent qu’une telle démarche risque d’induire une modélisation unique, conçue par…  Henry Markram lui-même.

“Nous avons besoin de diversité en neuroscience”, a déclaré à Nature Rodney Douglas, co-directeur de l’Institut pour la neuroinformatique (INI) qui regroupe l’université de  Zurich et l’Institut fédéral de technologie (ETH) de Zurich. Certains mauvais esprit pourrait expliquer une telle remarque par la concurrence entre Lausanne et Zurich. Gageons que l’intérêt supérieur de l’Europe permettra de surmonter pareilles réactions… Il n’en reste pas moins que les chances de succès du HBP sont très loin d’être garanties.

“Le risque fait partie de la recherche”, comme le rappelle Neelie Kroes. Dans le cas de ce projet, le risque est justifié par l’ambition du projet. Mais cela ne diminue en rien les possibilités d’échec. D’autant que le succès, lui, dépend de la qualité de la collaboration de l’ensemble des 70 institutions provenant de 22 pays européens participant au HBP. Et de la bonne volonté des chercheurs des autres pays. Seront-ils motivés par le succès de la Suisse ? Le cerveau de l’Europe pourra-t-il devenir celui du monde ?

3°/ Comment trouver 1 milliard d’euros ?

La question a été posée plusieurs fois à Neelie Kroes: “Le financement du HBP est-il assuré?” Les journalistes présents ont fait remarquer que seuls 53 M€ étaient alloués pour l’année 2013. La vice-président s’est déclarée confiante dans la participation des Etats membres à ce financement. Pour atteindre 1 milliard d’euros sur 10 ans, il faut trouver 100 M€ par an, en moyenne. La moitié proviendra des fonds de l’UE, l’autre moitié devra être apportée par les Etats membres. Et la Suisse ? Il sera intéressant de mesurer la participation du leader qui, lui, n’est pas contraint par la mécanique économique de Bruxelles. Le choix d’un pays réputé “riche” n’est peut-être pas un hasard. La CE pourrait espérer que les Suisses, motivés par la désignation de leur projet, mettront la main à la poche pour compléter le financement de pays européens encore rongés par la crise.

Michel Alberganti

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Le scarabée bousier marche droit grâce à la Voie Lactée

La vie d’un scarabée bousier évoque celle de Sisyphe. Éternellement, il fait rouler des boulettes d’excréments pour aller les enterrer dans son garde-manger souterrain. De façon surprenante, il parvient à se déplacer en ligne droite en pleine nuit. La performance est d’autant plus remarquable que l’insecte la réalise tout en poussant une boulette et en marche arrière, comme le montre la vidéo ci-dessous. Comment prend-il ses repères ? Quel GPS le guide ?

La lumière de la Lune

La question tourmente une équipe de chercheurs de l’université de Lund, en Suède, depuis des années. La biologiste Marie Dacke avait déjà publié un article dans la revue Nature le 3 juillet 2003 dans lequel elle révélait que les scarabées bousiers utilisent la lumière polarisée provenant de la Lune pour se déplacer ainsi en ligne droite. Ceci malgré la puissance extrêmement faible d’une telle lumière. Dans un nouvel article paru le 24 janvier 2013 dans la revue Current Biology, Marie Dacke, associée à Emily Baird, Marcus Byrne, Clarke Scholtz et Eric Warrant, expliquent leur nouvelle découverte : la lumière des étoiles, en particulier celles provenant de la Voie Lactée, sert aussi de GPS aux insectes coprophages.

Les étoiles de la Voie Lactée

En effet, contrairement à ce qu’induisait la seule hypothèse de la Lune, le scarabée bousier se déplace également sans problème par une nuit sans Lune mais dont le ciel est constellé d’étoiles. Toutes les étoiles sont-elles utilisées ? Les chercheurs ont réalisé des tests dans lesquels ils ont masqué tout le ciel sauf la Voie Lactée. Pas de problème pour le rouleur de billes fécales. Mais lorsqu’ils ont masqué la Voie Lactée, plus de guidage, panne de GPS. Finie, la belle ligne droite. Pour les chercheurs, la plupart des étoiles ne sont pas assez lumineuses pour servir de point de repère aux scarabées. Mais la Voie Lactée, elle, brille suffisamment. La Lune aussi, lorsqu’elle est présente. Les pousseurs de boules odorantes disposent donc de plusieurs GPS célestes.

Toujours est-il que ce sont les premiers insectes capables d’une telle navigation. Jusque là, les spécialistes pensaient que seuls les hommes, les phoques et les oiseaux savaient utiliser les étoiles pour se diriger. Il faut donc ajouter le scarabée bousier à cette courte liste. On peut se demander pourquoi ces insectes ont développé un instrument de navigation aussi sophistiqué et si précis qu’il lui permet n,on seulement de se diriger mais aussi de se déplacer en ligne droite. La réponse réside peut-être dans une caractéristique sociale des bousiers. En effet, ils sont prompts à chiper la boule de leur voisin. Pour mettre à l’abri le plus vite possible son butin fécal, le scarabée a sans doute également compris une autre règle que les hommes connaissent bien: la plus courte distance entre deux points…

Michel Alberganti

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Et sur Mars coulait une rivière

Fantastiques images prises par la sonde européenne Mars Express de l’ESA.  Cliquez sur les photos pour les agrandir. On découvre ainsi ces traces, sur les côtés du lit de la rivière, qui ressemblent à celles qu’auraient pu laisser des skis de fond sur la neige. Ont-ils été creusés par de l’eau ou de la glace ? A quoi ressemblait Mars lorsque de tels fleuves coulaient à sa surface ? Difficile à imaginer aujourd’hui face à son aridité rougeâtre.

7 km de large, 300 mètres de profondeur, 1500 km de long

De telles rivières remonteraient à la période de l’Hespérien, la deuxième de la géologie martienne, qui a dû s’achever il y a entre 3,5 et 1,8 milliard d’années. Dans cette région du Reull Vallis, le lit fait 7 km de large pour 300 mètres de profondeur. La taille d’un fleuve géant, donc, traversant la Promethei Terra, région de l’hémisphère sud de la planète rouge. Sur 1.500 km de long, il est rejoint par de nombreux affluents, dont l’un apparaît clairement sur les photos.

Évaporée, sublimée…

Les scientifiques notent le le caractère abrupt des berges du cours d’eau. Imaginons cette profondeur de 300 mètres… Presque la hauteur de la Tour Eiffel… Pour creuser un tel sillon, des quantités d’eau ou de glace gigantesques ont été nécessaires. Et puis, cette eau et cette glace ont disparu. Évaporée ou sublimée.  Les géologues remarquent des similarités avec l’activité glaciaire sur Terre. A l’époque où l’eau existait sur Mars, il semble qu’elle se comportait de la même façon que chez nous aujourd’hui.

Les reliquats, liquides ou solides, de cette abondance d’eau se sont réfugiés sous la surface de Mars. Et Mars Express a repéré un lac de glace d’eau dans un cratère à proximité du pôle nord. Cette période humide a-t-elle été assez longue pour que la vie apparaisse ? C’est toute la question. Curiosity, loin de là, la cherche. Le rover de la Nasa s’apprête à forer son premier trou… Nous devrions donc bientôt savoir ce qui se cache dans les sédiments laissés par les rivières de Mars.

Michel Alberganti

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2012 : les temps forts de la science

L’année 2012 ira à son terme. Plus vraiment de doute désormais. La fin du monde, promise par certains Cassandre, sera pour plus tard… Et les Mayas, involontaires fauteurs du trouble, sont entrés dans une nouvelle ère avant tout le monde, le 21 décembre dernier, après avoir sans doute bien ri de la panique engendrée par la fausse interprétation de leur antique calendrier. Du coté de la vraie science, la cuvée 2012 restera sans doute dans les annales comme particulièrement riche. Aussi bien en succès qu’en couacs. Pour faire bonne mesure, revenons sur trois grands moments dans ces deux catégories et sur leurs principaux acteurs.

Trois succès :

1°/ Peter Higgs, le père du boson

4 juillet 2012. Un jour peut-être, lorsque les manuels de physique auront intégré un minimum d’histoire des sciences (espérons que cela arrive avant la prochaine nouvelle ère du calendrier Maya), la photo de Peter Higgs ornera cette date du 4 juillet. Dans l’amphithéâtre du CERN, Peter Higgs pleurait. Il racontera ensuite que l’ambiance y était celle d’un stade de foot après la victoire de l’équipe locale. Ce jour là, les résultats des deux expériences menées avec le LHC ont montré qu’ils convergeaient vers la valeur de 125 GeV. Soit la masse du boson dont l’existence avait été prédite par Peter Higgs et ses collègues, parmi lesquels  François Englert et Tom Kibble sont toujours vivants, en… 1964. Fantastique succès, donc, pour ces théoriciens qui voient, 48 ans plus tard, leurs calculs vérifiés par l’expérience. Il faudra néanmoins attendre le mois de mars 2013 pour une confirmation définitive des résultats. Et septembre pour un possible (probable ?) prix Nobel de physique pour Peter Higgs. En 2013, notons donc sur nos tablettes:  “Le boson”, saison 2.

2°/ Curiosity, le rover sur Mars

6 août 2012. 7h32 heure française. Le rover Curiosity se pose en douceur sur Mars après un voyage de 567 millions de km qui a duré 8 mois et demi. Comme au CERN un mois plus tôt, c’est l’explosion de joie dans la salle de contrôle du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la Nasa à Pasadena (Californie). C’est la première fois qu’un robot de ce calibre (3 x 2,7 m sur 2,2 m de haut, 899 kg) est expédié sur une planète du système solaire. Près de 7000 personnes ont travaillé sur le projet qui a coûté la bagatelle de 2,5 milliards de dollars. On comprend le soulagement apporté par l’atterrissage réussi. Pour autant, la véritable mission de Curiosity a commencé après cet exploit. Et force est de constater qu’elle n’a pas, pour l’instant, été à la hauteur des espoirs mis en elle. Le comble étant que c’est plutôt son petit prédécesseur, Opportunity, qui fait l’actualité avec ses découvertes géologiques. Curiosity, de son coté, doit découvrir des traces de vie passée sur Mars. Pour lui aussi, la saison 2 pourrait être décisive.

3°/ Serge Haroche, prix Nobel de physique

9 octobre 2012. A Stockolm, la nouvelle prend presque tout le monde par surprise. Alors que l’on attendait le Britannique Peter Higgs, c’est le Français Serge Haroche qui décroche le prix Nobel de physique avec l’Américain et David J. Wineland. Après des années où ce prix allait plutôt à des chercheurs en physique appliquée, c’est le grand retour du fondamental.  Avec Serge Haroche, la mécanique quantique et le chat de Schrödinger sont à l’honneur. Le Français, issu du même laboratoire de l’Ecole Nationale Supérieure (ENS) de la rue d’Ulm, à Paris, que deux précédents Nobel, a réussi à maintenir des particules dans cet état improbable où la matière hésite et se trouve, un bref instant, dans deux situations contradictoires. Comme un chat qui serait à la fois mort et vivant… Seuls les physiciens quantiques peuvent imaginer un tel paradoxe. Serge Haroche a été plus loin et a réussi à maintenir réellement des particules dans cet état assez longtemps pour faire des mesures. La médiatisation de son prix Nobel a révélé l’impact de cette distinction dont la science française avait besoin. Depuis Claude Cohen-Tannoudji en 1997, elle n’avait été primée qu’une fois avec Albert Fert en 2007.

Trois échecs :

1° / Les neutrinos trop rapides

16 mars 2012 : Eh oui ! Einstein a dû en rire dans sa tombe. Les scientifiques du CERN, eux, ont dû rire jaune en devant admettre, en mars 2012, que les neutrinos ne vont pas plus vite que la lumière. Pas moins de 6 mois ont été nécessaires pour débusquer l’erreur de manip. Une vulgaire fibre optique mal branchée. Au CERN de Genève ! Le temple de la physique doté du plus gros instrument, le LHC ! Avec des milliers de scientifiques venus du monde entier… Bien entendu, l’erreur est humaine. Ce qui l’est aussi, sans être aussi défendable, c’est le désir irrépressible de communiquer le résultat d’une expérience avant d’être absolument certain du résultat. Risqué, surtout lorsque ce résultat viole l’une des lois fondamentales de la physique : l’impossibilité de dépasser la vitesse de la lumière établie par Albert Einstein lui-même. Nul doute que la mésaventure laissera des traces et favorisera, à l’avenir, une plus grande prudence.

2°/ Les OGM trop médiatiques

19 septembre 2012. Gilles-Eric Séralini, biologiste de l’université de Caen, avait préparé son coup de longue date. Plus de deux ans pour mener à terme une étude d’impact des OGM et de l’herbicide Roundup sur une vie entière de rats. Et puis, le 19 septembre, coup de tonnerre médiatique. Le Nouvel Obs titre: “Oui, les OGM sont des poisons”. Si les physiciens du CERN ont manqué de prudence, nos confrères de l’hebdomadaire n’ont pas eu la moindre retenue lorsqu’ils ont conçu cette Une. Les ventes ont sans doute suivi. Le ridicule, aussi, lorsqu’il est apparu que l’étude était très contestable. En déduire que les OGM sont des poisons, en laissant entendre “pour les hommes”, est pour le moins regrettable. En revanche, le coup de Gilles-Eric Séralini a mis en lumière les carences des procédures de test des OGM. Sil en reste là, ce sera une terrible défaite, aussi bien pour la science que pour les médias.

3°/ Voir Doha et bouillir…

8 décembre 2012. Si c ‘était encore possible, la 18e conférence internationale sur le réchauffement climatique qui s’est tenue à Doha, capitale du Qatar, du 26 novembre au 6 décembre 2012 avec prolongation jusqu’au 8 décembre, aura battu tous les records de ridicule. On retiendra deux images : la grossièreté du vice-Premier ministre Abdallah al-Attiya et l’émotion de Naderev Saño, négociateur en chef de la délégation des Philippines, parlant du typhon Bopha qui a fait plus de 500 morts dans son pays. Quelle distance entre ces deux personnages. Aucun dialogue n’a pu s’établir dans ce pays qui est le plus pur symbole de la contribution éhontée au réchauffement climatique (numéro un mondial en émission de CO2 par habitant). La conférence s’est soldée par un échec cuisant. Un de plus. Au point de conduire à s’interroger sur l’utilité de tels rassemblements. Forts coûteux en énergie.

Michel Alberganti

Photo: Vue d’artiste. REUTERS/NASA/JPL-Caltech

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Y a-t-il un Google dans notre cerveau ?

Les résultats publiés par Alexander Huth, chercheur à l’Institut de neurosciences Helen Wills de l’université de Californie à Berkeley, et ses collègues dans la revue Neuron du 20 décembre 2012 conduisent à se poser la question: “Y a-t-il un Google dans notre cerveau ?” Un sous Google ? Un super Google ? Comment sommes-nous capables de retrouver ou de reconnaître, souvent instantanément, un mot, une image, une notion, une action?  Difficile de ne pas penser à Internet et à la difficulté, pour un moteur de recherche, de faire de même avec le contenu de la Toile.

Une autre étude devra le déterminer, mais celle-ci montre déjà comment nous rangeons la multitude d’objets et d’actions que nous voyons dans notre matière grise. La principale découverte des chercheurs, c’est qu’il n’existe pas de zones isolées pour chaque catégorie d’images mais un “espace sémantique continu”. Pas de tiroirs donc mais un tissu, un maillage imbriqué…

1.705 catégories d’objets et d’actions

“Si l’être humain peut voir et nommer des milliers de catégories d’objets et d’actions, il est peu probable qu’une zone distincte du cerveau soit affectée à chacune de ces catégories”, précisent les chercheurs. “Un système plus efficace consiste à représenter les catégories comme des emplacements dans un espace sémantique continu, sur une cartographie couvrant toute la surface corticale.”

Pour explorer un tel espace, Alexander Huth a fait appel à l’IRM fonctionnelle afin de mesurer l’activité du cerveau pendant le visionnage des images d’un film. Il est ensuite passé au traitement informatique des données en utilisant un modèle de voxels, c’est-à-dire des volumes élémentaires (pixels en 3D).

De quoi construire une représentation de la répartition corticale de 1.705 catégories d’objets et d’actions.

Les catégories sémantiques apparaissent alors clairement. Notre cerveau associe les objets similaires par leur composition (des roues pour un vélo et une voiture) ou leur fonction (une voiture et un avion servent à se déplacer). En revanche, une porte et un oiseau ne partagent pas grand-chose et se retrouveront éloignés dans l’espace sémantique.

30.000 voxels

Alexander Huth a soumis les personnes analysées à un film de deux heures dans lequel chaque image et chaque action avaient été repérées par des étiquettes (pour un plongeon, par exemple, une étiquette pour le plongeur, une pour la piscine, une troisième pour les remous de l’eau).

L’IRMf a permis de mesurer l’activité du cerveau dans 30.000 voxels de 2x2x4 mm couvrant l’ensemble du cortex. Il “suffisait” ensuite de corréler les images du film et leurs étiquettes avec les  différents voxels activés lorsqu’elles avaient été visualisées. Le résultat est une cartographie des 30.000 voxels mis en relation avec les 1.705 catégories d’objets et d’actions.

Les techniques de représentations dans l’espace, à gauche, permettent de faire apparaître les distances entre les différentes catégories. Les différentes couleurs et leurs nuances représentent des groupes de catégories similaires: êtres humains en bleu, parties du corps en vert, animaux en jaune, véhicules en mauve…

Cartographie 3D interactive

Plus fort encore que la représentation dans l’espace qui ressemble aux cartographies en 3D des sites Internet, les chercheurs ont achevé leur travail par une projection des voxels et de leurs catégories… sur la surface corticale elle-même.

Le résultat est spectaculaire, en relief et… interactif. Grâce à une technologie de navigation encore expérimentale, WebGL, l’utilisateur peut soit cliquer sur un voxel de la surface du cortex et voir quelles sont les catégories correspondantes, soit faire l’inverse: le choix d’une catégorie montre dans quelles zones du cerveau elle est stockée.

Cette cartographie interactive est disponible ici mais tous les navigateurs ne sont pas capables de la prendre en charge. Les chercheurs conseillent Google Chrome qui, effectivement, fonctionne (version 23).

Ces travaux fondamentaux pourraient avoir des applications dans le diagnostic et le traitement de pathologies cérébrales. Mais il permettront peut-être aussi de créer des interfaces cerveau-machine plus efficaces et d’améliorer les systèmes de reconnaissance d’images encore peu développés, même sur Google…

Michel Alberganti

Photo: «Planting Brain», oeuvre d’art dans un champ indonésien, le 27 décembre 2012 près de Yogyakarta. REUTERS/Dwi Oblo

Une autre étude devra le déterminer, mais celle-ci montre déjà comment nous rangeons la multitude d’objets et d’actions que nous voyons dans notre matière grise. La principale découverte des chercheurs, c’est qu’il n’existe pas de zones isolées pour chaque catégorie d’images mais un “espace sémantique continu”. Pas de tiroirs donc mais un tissu, un maillage imbriqué…
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Les changements climatiques ont stimulé l’évolution du genre Homo

Et si les changements climatiques du passé avaient joué un rôle important dans l’évolution de nos ancêtres au cours des deux derniers millions d”années ? Telle est la thèse soutenue par trois chercheurs, Katerine Freeman, professeur de géoscience et Clayton Magill, docteur en géosciences, à l’université de Pennsylvanie et Gail Ashley, professeur de sciences de la Terre à l’université Rutgers. Dans un article publié le 24 décembre 2012 dans la revue PNAS, ils suggèrent qu’une succession de rapides changements environnementaux auraient dirigé l’évolution humaine à cette époque.

Dans les sédiments d’un ancien lac

Les chercheurs ont étudié la matière organique préservée par les sédiments d’un ancien lac dans les gorges d’Olduvai, sur le versant ouest de la vallée du Rift, au nord de la Tanzanie. Ce lieu qui fait l’objet de recherches depuis 1931, est parfois considéré comme le berceau de l’humanité, en raison des nombreux témoignages de la présence de groupes humains préhistoriques dans cette région.

5 ou 6 changements d’environnement en 200 000 ans

“Le paysage dans lesquels les premiers hommes vivaient ont basculé rapidement de la forêt fermée à la prairie ouverte de 5 à 6 fois au cours d’une période de 200 000 ans”, indique Clayton Magill.  “Ces changements se sont produits de façon très brusque avec des transitions ne durant que quelques centaines ou quelques milliers d’années”, précise-t-il. Pour Katherine Freeman, la principale hypothèse suggère que les changements provoqués chez l’homme par l’évolution pendant ces périodes sont liés à cette modification constante de leur environnement et a un important changement climatique. “Alors que certains pensent que l’Afrique a subi un ”grand assèchement” progressif et lent pendant 3 millions d”années, les données que nous avons recueillies montrent une absence de progression vers la sécheresse et, au contraire, un environnement extrêmement variable”, déclare-t-elle. Des périodes humides longues auraient alterné avec des périodes plus sèches.

La vie est plus difficile dans les périodes de changement que dans celles de stabilité. Clayton Magill note que de nombreux anthropologues considèrent que ces modifications de l’environnement pourraient avoir déclenché des développements cognitifs. Le bon sens conduit à la même conclusion. Soumis à des situations nouvelles, toutes les espèces vivantes doivent relever le défi : s’adapter ou disparaître. L’homme étant toujours là, il n’est pas incongru de penser… qu’il s’est adapté.

Plusieurs passages de la forêt à la prairie

“Les premiers humains ont dû passer d’une situation où ils ne disposaient que d’arbres à une autre où ils n’avaient plus que de l’herbe en seulement 10 à 100 générations et ils ont donc été conduit à modifier leur régime en conséquence”, indique Clayton Magill. Changement de nourriture disponible, changement de type de nourriture à manger, changement de façon d’obtenir la nourriture, autant de puissants déclencheurs de l’évolution. Seuls les plus malins, comme d’habitude, ont survécu. Sans doute grâce à un cerveau plus gros et, donc, à des capacités cognitives supérieures, ainsi que des modes de locomotion nouveaux et des organisations sociales différentes. “Nos données sont cohérentes avec ces hypothèses. Nous montrons que les variations rapides de l’environnement coïncident avec une période importante de l’évolution humaine lorsque le genre Homo est apparu pour la première fois avec les premières preuves de l’usage d’outils”, explique le chercheur.

Pour parvenir à ces conclusions, l’équipe de scientifiques a analysé la matière organique, les microbes et les autres organismes piégés dans les sédiments depuis 2 millions d’années dans les gorges d’Olduvai. En particulier, ils se sont intéressés à certains biomarqueurs, des molécules fossiles provenant du revêtement en cire des feuilles qui survit particulièrement bien dans les sédiments. Ensuite, la chromatographie gazeuse et la spectrométrie de masse leur ont permis de mesurer l’abondance relative des types de cires liés à différents isotopes du carbone. Ils ont ainsi pu détecter les transitions entre les environnement riches en arbres et ceux où seule l’herbe subsistait.

Sur une période de deux millions d’années, de nombreux facteurs interviennent. Comme l’évolution de l’orbite de la Terre qui influence les régimes de mousson en Afrique ou les durées d’ensoleillement qui agissent sur la circulation atmosphérique et l’apport en eau. Autant que paramètres dont les chercheurs ont dû tenir compte dans leurs modèles mathématiques.

Cela nous rappelle quelque chose…

Un tel travail nous ramène forcément à la situation que nous sommes en train de vivre aujourd’hui même. Nous aussi sommes confrontés à un changement climatique rapide. De nombreuses espèces vivantes en font et en feront les frais, faute de capacités d’adaptation suffisantes. Et l’homme ? Le réchauffement climatique actuel est le premier dont l’humanité a conscience pendant qu’il se produit. Pour la première fois, l’homme a même la sensation de pouvoir agir sur ce phénomène auquel son activité sur Terre contribue. Mais cela changera-t-il quelque chose ? Pourrons-nous prolonger la période climatique stable qui a prévalu sur la planète pendant la révolution industrielle ? Ou bien faut-il nous préparer à évoluer pour nous adapter ?

Michel Alberganti

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Découverte de neurones qui régulent les fonctions cardiovasculaires

Personne ne doute des limites des connaissances actuelles des scientifiques en matière de fonctionnement du cerveau, malgré l’accélération des découvertes engendrées par l’imagerie médicale, telle que l’IRM fonctionnelle. Mais, de là à imaginer qu’un type de cellules nerveuses, de neurones, leur ait échappé… C’est pourtant ce que semble révéler la publication d’un article rédigé par Jens Mittag, responsable d’équipe au département de biologie cellulaire et moléculaire du célèbre Institut Karolinska en Suède, et publié dans le Journal of Clinical Investigation du 21 décembre 2012. Avec des collègues en Allemagne et en Hollande, Jens Mittag a découvert que les hormones thyroïdiennes, bien connues pour agir directement sur les fonctions cardiovasculaires, peuvent également passer par le cerveau pour réguler indirectement ces fonctions, vitales pour l’organisme puisqu’elles comprennent le rythme cardiaque et la pression sanguine.

Régulation de la tension et du rythme cardiaque

Ces travaux ont mis en évidence une population, inconnue jusqu’à présent, de neurones dits “parvalbuminergique” (pv) situés dans la parti antérieure de l’hypothalamus. En réalisant une ablation de ces neurones dans le cerveau de souris, les chercheurs ont constaté une hypertension et une tachycardie dépendante de la température. Ils ont ainsi vérifié le rôle essentiel des nouveaux neurones dans la régulation des fonctions cardiovasculaires. De plus, ce sont les hormones thyroïdiennes qui sont à l’origine du développement de ces neurones dans le cerveau.

Les dangers de l’hypothyroïdie pendant la grossese

Cette découverte démontre, une fois de plus, la complexité du fonctionnement de notre organisme. Ainsi, les hormones produites par la thyroïde n’agissent pas uniquement sur les fonctions cardiaques de manière directe. Pour ce faire, elles passent également par le cerveau grâce à ces nouveaux neurones situés dans l’hypothalamus. De quoi donner de nouvelles pistes de recherche pour le traitement de l’hyper et de l’hypothyroïdie. Pour Jans Mittag, cette découverte est majeure :

“Cela ouvre des voie entièrement nouvelles pour la lutte contre les maladies cardiovasculaires”. Si nous apprenons à contrôler ces neurones, nous serons capables de traiter à travers le cerveau certains problèmes cardiovasculaires comme l’hypertension. Ce n’est pas, néanmoins, pour demain. Dans l’immédiat, cette découverte nous conduit à la certitude qu’il faut traiter l’hypothyroïdie des femmes enceintes. Un faible niveau d’hormones thyroïdiennes peut endommager la production de ces neurones dans le cerveau du fœtus. Ce qui, par la suite, pourrait être à l’origine de problèmes cardiovasculaires”.

Michel Alberganti

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Fin du monde : dernier coup d’oeil aux merveilles de la vie sur Terre

Bon, c’est pour demain… Pour ceux qui croient à la fin du monde et qui risquent de céder à la panique, voici une forme d’antidote. Comment imaginer que de telles merveilles disparaissent demain ? Combien de temps a-t-il fallu pour atteindre un tel mariage de la beauté et de l’efficacité ?

Les merveilles de notre univers sont révélées depuis des décennies grâce aux progrès de l’imagerie scientifique. La biologie, comme l’espace, est une source inépuisable d’émerveillement visuel. Depuis 10 ans, la filiale américaine du fabricant d’appareils photo et de microscopes japonais Olympus organise un concours annuel international  intitulé BioScapes. Les lauréats de l’édition 2012 viennent d’être révélés et ils donnent largement raison au président d’Olympus America lorsqu’il déclare: “Les images au microscope forgent un lien extraordinaire entre la science et l’art”. Contrairement aux images des télescopes qui bénéficient de l’impulsion de puissantes agences comme la Nasa, celles qui proviennent de la biologie sont beaucoup moins popularisées. Même si elle n’est pas dénuée d’objectifs commerciaux, on ne peut donc que saluer l’initiative d’Olympus America.

Vous pouvez découvrir les 10 images et vidéos gagnantes ainsi que les 62 mentions honorables décernées cette année. Vous y retrouvez l’image ci-dessus ainsi que celles ci-dessous. Je ne résiste pas au plaisir de vous montrer mes préférées. Avec une mention spéciale pour la vidéo sur les Rotifères, classée première. On note que plusieurs Français se trouvent parmi les lauréats et les mentions.

Michel Alberganti

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