DE L'EVOLUTION : l'oeil, organe phare de l'évolution

DE L'EVOLUTION : l'oeil, organe phare de l'évolution
Dès le début, les opposants à la théorie de l'évolution ont été nombreux : certains le furent pour des raisons essentiellement religieuses mais d'autres, notamment de brillants scientifiques, parce qu'ils n'arrivaient pas à concevoir que l'on puisse aboutir « par hasard » à des organes complexes. Pour ces derniers, point d'évolution gérée par le hasard et la sélection naturelle, mais une obligatoire finalité : en effet, comment imaginer, par exemple, que l'on puisse, sans aucun plan préétabli, aboutir à la perfection de l'½il, organe-type souvent cité par eux ? Darwin lui-même s'interrogea longuement sur la question lorsqu'il fit paraître son livre « l'origine des espèces » : “To suppose that the eye, with all its inimitable contrivances for adjusting the focus to different distances, for admitting different amounts of light, and for the correction of spherical and chromatic aberration, could have been formed by natural selection, seems, I freely confess, absurd in the highest possible degree", affirme-t-il. (Imaginer que l'½il, avec toutes ses dispositions inimitables lui permettant d'ajuster le foyer à des distances diverses, d'admettre des quantités variables de lumière et de corriger les aberrations sphériques et chromatiques, puisse avoir été formé par la sélection naturelle, semble, je le reconnais volontiers, absurde au plus haut degré). Oui, vraiment, comment peut-on prétendre qu'un organe aussi complexe ait pu résulter de l'accumulation au fil de millions d'années d'une succession de multiples petites améliorations ? Comment admettre que ce petit « miracle » de l'évolution ait pu se reproduire à la fois pour les yeux à facettes des arthropodes ou pour les yeux camérulaires (voir glossaire) des céphalopodes et des vertébrés? La sélection naturelle peut-elle réellement expliquer une telle complexité sans que, au départ, il n'y ait eu la notion de ce à quoi on arriverait ? La réponse paraît difficile. Pour comprendre, il faut revenir sur l'évolution de l'½il.

1. évolution de l'½il
Rappelons-nous d'abord les millions d'années écoulées depuis l'apparition de la première ébauche de ce qui allait conduire à l'½il : seulement quelques cellules photosensibles dans un épithélium quelconque. S'en suivirent des millions d'années d'essais divers, d'erreurs génétiques, de « progrès » et de retours en arrière peut-être : sans cette dimension temporelle immense et que l'on a du mal à imaginer, on ne peut pas concevoir les tâtonnements successifs de la Nature.
La complexification de l'organe oculaire des animaux s'est donc réalisée progressivement, au cours de ces millions d'années, avec des résultats forcément différents puisque les espèces se sont séparées les unes des autres au fil du temps. Certaines caractéristiques ont disparu alors que d'autres se sont spécialisées. Par exemple, quelques mammifères continuent à percevoir l'ultraviolet (un rat de l'hémisphère austral a encore le gène le lui permettant) alors que la majorité d'entre eux a un spectre visible qui ne s'étend plus que du bleu au rouge (nous y reviendrons). Qu'observe-t-on aujourd'hui ?
* les invertébrés ont des yeux allant d'un simple organe sensoriel à des yeux voisins de ceux des vertébrés
J'évoquais précédemment le début : quelques cellules photosensibles. Ce type de structure rudimentaire existe toujours chez certaines algues comme les euglénophytes (voir glossaire). Toutefois, les êtres vivants possédant les yeux les plus simples sont les méduses ; chez elles, l'organe de la vision n'est qu'un conglomérat de cellules pigmentaires reliées à des cellules sensorielles.
Chez les arthropodes (insectes, crustacés, etc.), on trouve deux types de structures de vision, les ocelles qui sont des yeux simples constitués de cellules photosensibles et les yeux à facettes qui peuvent comprendre plusieurs milliers « d'unités de vision ». Ici, la « vision » est la résultante de la superposition des images parcellaires fournies par les facettes.
Les céphalopodes (calmar, pieuvres, sèches, etc.) possèdent des yeux plus évolués, voisins des yeux des vertébrés, ce qui leur confère une assez bonne vision. Notons au passage que chez le nautile dont l'espèce, en revanche, n'a pas évolué depuis des millions d'années, l'½il est resté un organe rudimentaire.
* les vertébrés ont tous des yeux dont la structure est voisine de celle de l'homme
. Les poissons ont une cornée aplatie avec un cristallin sphérique et rigide de sorte qu'ils peuvent surtout bien voir les objets proches.
. Les oiseaux quant à eux ont des yeux allongés d'avant en arrière ce qui leur permet d'apercevoir plus facilement les objets éloignés (et on sait, par exemple, que les rapaces ont une vision très pointue).
. Les mammifères ont des système de vision très voisins mais avec des adaptations propres à chacun d'eux : nous en reparlerons plus tard.
Au total, que de visions différentes ! La question qu'on peut légitimement se poser est donc de savoir si elles ont quelque chose en commun.
* les organes de la vision, une origine commune
Selon le type d'animal que l'on observe, on reste perplexe face à l'apparente diversité des solutions, anatomiques et fonctionnelles, trouvées pour réaliser la vision, ce moyen indispensable à un individu pour identifier le monde dans lequel il vit. On a d'abord l'impression que chaque espèce animale représente un aboutissement qui lui est propre. Puis, en approfondissant un peu, on se rend compte d'un certain nombre de similitudes, de ressemblances, à commencer par la façon dont les stimuli sensoriels sont transmis au cerveau (il y avait certainement d'autres façons de résoudre le problème). Par ailleurs, ces organes de la vision sont d'autant plus variés que les espèces sont éloignées les unes des autres d'un point de vue évolutif, comme s'il s'agissait d'adaptations successives au fil du temps à des milieux différents. Comment prouver pourtant qu'il existe une authentique unité à l'apparition de la vision chez les êtres vivants ?

2. unité de l'évolution de l'½il
Les scientifiques ont pu montrer qu'un seul gène suffit pour déterminer la fabrication de l'½il et, de plus, que ce gène est le même chez la souris, le calmar et la mouche à vinaigre. Cette dernière (drosophila melanogaster) est, depuis les travaux de Thomas Morgan (1866-1945), bien connue comme animal modèle de la génétique, en raison de son taux important de reproduction et de sa courte vie, propriétés quasi-uniques permettant d'obtenir rapidement des dizaines de générations d'individus. Nul étonnement donc que ce soit chez cet animal qu'ait pu être mis en évidence un gène maître (eyeless) qui contrôle l'activation progressive des 2500 autres gènes intervenant dans la construction de l'½il. Plus encore, un gène voisin (small eye) a été découvert chez les vertébrés ce qui a permis de réaliser une expérience des plus intéressantes où ce gène des vertébrés a induit la formation d'un ½il chez la mouche... C'est la raison pour laquelle on peut aujourd'hui avancer que, même si tous les animaux ont des yeux en apparence différents, ils proviennent tous du même ½il rudimentaire de départ, ½il qu'un seul gène a suffi à réaliser. On peut à présent répondre à la question posée au début du sujet : l'½il est probablement apparu une seule fois au cours de l'évolution chez un ancêtre commun aux mollusques, aux arthropodes et aux vertébrés. Au cours des temps géologiques et suivant les espèces, la sélection naturelle a permis l'apparition et le maintien de caractères bénéfiques à chaque groupe. Voici comment cette complexification a pu se faire :
* d'abord il n'existe que quelques cellules sensorielles, photoréceptrices, pouvant détecter s'il existe ou non de la lumière mais pas d'où elle vient ;
* le tissu contenant les cellules sensorielles se creuse légèrement, permettant ainsi à la lumière de ne stimuler selon son angle d'impact que certaines cellules ;
* la dépression se creuse de plus en plus et permet une meilleure précision de l'information ;
* l'ouverture se rétrécit en refermant la poche sur elle-même, l'ensemble aboutissant à une chambre noire qui permet à l'individu de percevoir certaines formes : on aboutit à un ½il rudimentaire (qui est précisément celui du nautile que nous évoquions plus haut)
* une protection de cellules transparentes vient couvrir l'ouverture de manière à former une lentille rudimentaire
* l'½il obturé se remplit de liquide de façon à permettre une focalisation.
On pourrait penser qu'il faut un temps incroyablement long pour que les modifications soient prises en compte par la sélection naturelle mais ce n'est pas vraiment la cas : on pense à présent que la majeure partie de ces acquisitions s'est faite assez vite, en quelques millions d'années (quand même !) lors de l'explosion cambrienne (voir sujet I,3, le schiste de Burgess). Cette époque n'avait pas encore vu la séparation de bien des lignées actuelles et cela explique pourquoi des dispositifs communs existent aussi bien chez les pieuvres, les mouches et les vertébrés.
Comme on peut le constater, en définitive rien de bien compliqué : les scientifiques modernes considèrent l'½il comme un organe à l'évolution simple et sans grand mystère. Il aura surtout fallu que les opposants à la théorie de l'évolution l'aient finalement plutôt mal comprise, cette évolution, pour que l'½il ait été choisi par eux comme l'exemple emblématique de leur cause.

3. vision des animaux
Si la sélection naturelle permet de conserver l'½il le mieux adapté à une écologie particulière, on comprend que les différences entre les organes de vision de chaque espèce sont d'autant plus importantes que celles-ci se sont séparées plus tôt les unes des autres. On sait que, parmi les mammifères, seuls les primates et donc l'Homme, possèdent une vision stéréoscopique et en couleurs mais pour les autres ?
La qualité de vision d'un animal dépend de sa faculté à répondre à plusieurs paramètres : la netteté de l'image, l'acuité visuelle (voir glossaire), la perception des couleurs, celle de l'espace et enfin la perception du mouvement. Si l'évolution a « orienté » la vision des animaux en fonction de leurs besoins, on s'attendra à ce que, selon l'espèce, certains caractères aient été retenus, voire étendus, alors que d'autres, secondaires dans la vie de l'animal, auront vu leurs performances moins développées. Par exemple, la spécificité carnivore d'un prédateur exige de distinguer précisément le mouvement de sa proie alors que, a contrario, un animal dont la source d'alimentation est fixe (un fruit pour un oiseau, par exemple) devra développer ses performances plutôt dans le domaine de la perception des couleurs. Comme il serait fastidieux de développer chacun des paramètres que nous venons d'évoquer, intéressons-nous plus particulièrement à l'un d'entre eux : la perception des couleurs.
* la perception des couleurs
Elle est en rapport avec la présence dans la rétine de cellules particulières, les cônes, sensibles au vert, au bleu et au jaune. La communauté scientifique est à peu près tombée d'accord sur les éléments suivants :
. les insectes, grâce à leur yeux composés, ont une vision des couleurs mais ils voient avec un spectre différent de celui des êtres humains. En particulier, certains d'entre eux (comme, par exemple, les abeilles) perçoivent les radiations de l'ultra-violet proche, invisibles à l'½il humain (remarquons ici que les fleurs ont souvent des marques ultra-violettes visibles pour les pollinisateurs). Ils savent aussi détecter la lumière polarisée (qui peut signaler la présence d'une étendue d'eau).
. les poissons perçoivent assez bien les couleurs jusqu'à l'ultraviolet bien que, on l'a déjà dit, leur vision soit le plus souvent limitée à leur environnement proche (il faut noter que leurs apparences sont parfois très colorées) ;
. les amphibiens comme les grenouilles voient les couleurs mais différemment selon l'heure du jour : leur vision est plutôt orientée vers le jaune durant le jour alors que c'est le vert qui prédomine pour eux la nuit;
. les reptiles perçoivent les couleurs : jaune, rouge, vert et bleu pour le les lézards mais bleu, vert et orange chez la tortue ;
. la perception des couleurs est très développée chez les oiseaux : cela paraît logique puisque, comme on l'a déjà dit, leurs proies sont souvent fixes (ou immobiles quand ils les attrapent) mais aussi parce que leurs plumages peuvent être très bariolés (ce qui est d'une importance capitale lors des rituels sexuels). D'ailleurs, chez les oiseaux, le comportement est bien plus souvent régi par les couleurs que par la forme des objets ou la qualité de la lumière ;
. la vision des mammifères a donné lieu à de nombreuses études, parfois contradictoires. Elle est très dépendante du caractère diurne ou nocturne de l'animal étudié. On admet assez volontiers que des animaux comme l'écureuil voient parfaitement les trois couleurs primaires, ce qui est compréhensible étant donné leur mode de vie. En revanche, il ne semble pas que les bovidés les perçoivent : de ce fait, la couleur rouge du tissu agité devant ses yeux lors d'une corrida n'a aucune importance pour le taureau, seulement excité par le mouvement de la « muleta ». Le chat ne voit pas le rouge mais, à l'instar des félins, sa vue lui permet de percevoir la nuit de nombreuses nuances « de gris », jusqu'à cinquante a-t-on dit (car c'est un prédateur nocturne). Le chien a été relativement bien étudié : nous allons nous y attarder un peu car cela nous permettra de comprendre comment cette perception des couleurs s'articule dans la vision globale d'un individu.
* la vision du chien
Longtemps, on a prétendu que le chien, mammifère carnivore, ne percevait pas les couleurs et qu'il « voyait en noir et blanc » ce qui lui était bien suffisant puisque uniquement préoccupé par le mouvement de sa proie potentielle. On propose d'ailleurs l'expérience suivante : on lance une balle verte à un chien sur une pelouse. Tant que la balle roule le chien cherche à la fixer des yeux mais dès qu'elle s'immobilise, il s'en remet à son odorat, décrivant des cercles de plus en plus étroits qui le ramène (en principe) vers la balle. Alors vision en noir et blanc ? La réalité n'est pas aussi simple : le chien voit bien des couleurs mais son spectre est étroit, se limitant au bleu et au jaune. De ce fait, sa vision est plus monochromatique que réellement colorée mais il faut toutefois la replacer dans un contexte plus général. Par exemple, son acuité visuelle est moins performante que celle de l'homme (d'où l'idée fausse qu'il « voit trouble ») mais le chien domine largement pour la vision nocturne, au point qu'il peut facilement repérer des obstacles invisibles à l'homme (les propriétaires de chiens les promenant la nuit peuvent en témoigner facilement !). Comme son ancêtre le loup, une simple nuit étoilée lui suffit pour repérer une proie en mouvement (pour l'homme, il lui faut au moins une pleine lune !) : cette propriété est due à la présence d'une pellicule fluorescente amplificatrice de lumière tapissant sa rétine (une propriété qu'il partage avec le chat) et, accessoirement, c'est ce qui explique l'éclat particulier de ses yeux la nuit ou sur une photo.
Le chien est presbyte et incapable de distinguer les détails à moins de 30 cm ; suivant sa race, ses yeux sont plus ou moins latéralisés ce qui lui permet de posséder un champ de vision plus large que celui de l'homme mais avec, en contrepartie, une plus grande difficulté à apprécier le relief.
Une autre grande différence avec l'homme est sa fréquence de vision bien plus élevée : du coup, il perçoit plus facilement les mouvements (à la manière d'un « ralenti » de cinéma), parfois jusqu'à plusieurs kilomètres. Cette faculté très spéciale explique pourquoi un chien ne voit de la télévision qu'une suite saccadée d'images sans liens entre elles...
La vision, on le voit bien, ne se cantonne donc pas à une plus ou moins bonne discrimination des couleurs. Mais il y a plus : il faut aussi recadrer cette dimension visuelle avec les autres sens. Le chien entend mieux que l'homme (notamment certains ultrasons), a un odorat autrement développé (une palette d'odeur cent fois plus large ce qui explique son utilisation pour le dépistage d'explosifs ou de stupéfiants) et, peut-être même, un sens de l'orientation inconnu de nous (sinon comment pourrait-il retrouver une maison située à des centaines de km ou, savoir, dans la voiture de ses maîtres, qu'il vient d'arriver au terme du voyage ?). Tout cela combiné donne à l'animal une sorte de carte mentale interactive très détaillée, une faculté que l'homme a, semble-t-il, depuis longtemps perdue.

4. L'évolution est un tout
Lors de la transformation des espèces au long du temps, il est souvent difficile d'identifier l'apport positif de telle ou telle modification pour une espèce. D'abord, parce qu'on ne les discerne pas toutes, ensuite parce qu'elles ne prennent toute leur valeur que dans un contexte d'interactions avec les autres facultés de l'espèce en question. C'est ainsi qu'il faut étudier l'évolution de l'½il : certaines « améliorations » qui nous semblent indispensables n'ont pas été retenues chez une autre espèce tout simplement parce qu'elle n'aurait rien apporté de plus à ce qui existait déjà. La sélection naturelle est économe en apparence : elle ne retient que ce qui permet de survivre mieux et toutes les modifications qui ne sont pas utiles à un moment donné sont rejetées par la nature parce qu'elles confèrent à celui qui en a hérité un désavantage sélectif. Parfois, un tel désavantage est à nouveau sélectionné si les conditions du milieu changent et s'il apporte alors un plus pour son porteur.
On peut s'en désoler car, en somme, n'est retenu que ce qui est utilitaire (même si cela n'est pas toujours apparent) mais c'est la règle. Comme dit le proverbe romain : « dura lex, sed lex ». Tout de même, je me demande parfois à quoi peut bien ressembler un monde en ultraviolet : nous autres, humains, y sommes aveugles et pourtant l'ultraviolet décore les plumages colorés de certains oiseaux et c'est encore lui qui attire les papillons et les abeilles vers les pétales des fleurs. Je me demande bien quelle impression cela donne de vivre dans ce monde étrange.


Glossaire
* ½il camérulaire : ½il possédant une loge ou chambre laissant passer la lumière de façon à ce que cette dernière se focalise sur un organe sensoriel de type rétinien. En réalité, l'½il de l'homme est bicamérulaire.
* euglénophytes : les euglénophytes constituent une classe de l'embranchement des Euglenozoa des Protistes, composée principalement d'algues aquatiques unicellulaires. Les flagellés de ce groupe, qui comprend environ 1000 espèces, se trouvent couramment dans les eaux douces chargées de matière organique ; il existe également quelques espèces marines. Le genre le plus typique est l'Euglena ; il est courant dans les étangs et les piscines, spécialement lorsque leurs eaux sont polluées par des engrais provenant de leur environnement. (sources : Wikipedia France)
* acuité visuelle : c'est l'aptitude à percevoir les détails ou, dit autrement, la distance minimale entre deux points de l'objet regardé susceptible de donner une image nette et distincte.

Photo schéma de l'½il humain (sources : http://www.snof.org/)
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# Posté le mardi 18 septembre 2007 13:51

Modifié le samedi 09 février 2008 12:42

DE L'ASTRONOMIE : matière noire et énergie sombre

DE L'ASTRONOMIE : matière noire et énergie sombre
simulation d'un halo de matière noire autour d'un amas de galaxies
(sources : http://www.techno-science.net/)



Dans un sujet précédent, cherchant à situer le Soleil dans notre Galaxie, j'avais avancé pour la masse de cette dernière le chiffre de 700 milliards de masses solaires, un chiffre qui semble retenu par la majorité des astronomes. En effet, on sait qu'il existe un équilibre entre l'attraction gravitationnelle des régions intérieures de la Galaxie et la force centrifuge en rapport avec rotation de l'ensemble. Il suffit alors de comparer les variations de cette rotation avec la distance au centre pour estimer la masse de l'ensemble et même pour connaître la répartition de ces masses. C'est là que les différents observateurs ont été confronté à une énorme surprise : si l'on additionne la somme des masses des étoiles et des gaz observables, on reste incontestablement bien loin du compte... et on a donc été obligé de conclure que la plus grande partie de cette masse correspond à une matière non visible, inconnue, qu'on a baptisée « matière noire » puisque l'on n'en connaît pas la nature. De quoi s'agit-il exactement ? De trous noirs ? De naines brunes (voir sujet II, 5, mort d'une étoile) ? De particules dites « exotiques » parce que non encore identifiées ? Mystère. Si j'ajoute que le même phénomène se retrouve pour toutes les galaxies, on comprendra facilement que l'élucidation de cette énigme est une des questions fondamentales agitant le petit monde de l'astronomie.

1. un peu d'histoire
Tout débute en 1933. A cette époque pas si lointaine, un astronome suisse du nom de Fritz ZWICKY (1898-1974) s'intéresse à un groupe de sept galaxies dans l'amas de Coma. Il cherche à en estimer la masse en étudiant la dispersion des vitesse de ces galaxies. Il a la surprise de constater que ses calculs montrent des vitesses bien plus élevées que celles auxquelles on aurait pu s'attendre : la masse totale calculée qui en découle est 400 fois plus importante que la masse lumineuse relevée. Il refait encore et encore ses calculs mais aboutit toujours au même résultat. Il transmet évidemment ses observations à ses collègues mais il n'est guère pris au sérieux. Il faut dire que cet astronome est un peu particulier. Zwicky est en effet alors bien connu de la communauté scientifique pour son caractère difficile et ses théories parfois farfelues (des foules d'anecdotes plutôt étranges circulaient sur lui). Comme de plus, l'époque était à l'imprécision des mesures et à la méconnaissance de ce que pouvaient être des objets massifs comme les trous noirs, les étoiles à neutrons et autres naines brunes, on ne s'intéressa pas à son observation qui fut oubliée pendant presque un demi-siècle.
Nous voici à présent dans les années 70. Une astronome américaine, Vera RUBIN, fascinée depuis son plus jeune âge par les étoiles, s'intéresse à la galaxie d'Andromède M31 et s'aperçoit que les étoiles situées à sa périphérie tournent bien plus vite qu'elles ne devraient : normalement, en s'éloignant du centre de la galaxie, on devrait observer un ralentissement de plus en plus conséquent des vitesses de rotation des étoiles or celles-ci restent pratiquement identiques. Il ne s'agit pas d'une erreur d'observation de l'astronome puisque, peu après, d'autres observations viennent confirmer ce qu'a calculé Vera Rubin. Problème. Comment imaginer que les étoiles qui composent les galaxies puissent s'affranchir des lois de la gravitation ? La seule explication possible est que « quelque chose » empêche les étoiles de ralentir ou, dit autrement, que ces astres ne sont pas vraiment à la périphérie de la galaxie, qu'elles sont encore suffisamment près de son centre pour ne pas être vraiment ralentie. Il existerait donc un halo (voir sujet II, 3, place du Soleil dans la Galaxie) bien plus large que celui que l'on peut voir...

2. nature de la matière noire
Les astronomes se doutaient bien qu'un grand nombre d'objets comme, par exemple les naines brunes, ne sont pas observables avec nos méthodes d'observation actuelles en raison de leur trop faible luminosité. Toutefois, la masse nécessaire pour expliquer le phénomène est bien trop importante pour expliquer la différence observée. Il y a forcément autre chose mais quoi ? L'hypothèse la plus logique est que ce que nous voyons des galaxies n'est qu'une partie de ce qu'elles sont réellement : nous ne distinguerions que leurs centres mais pas les immenses quantités de matière invisible regroupées à leurs périphéries. Plus encore, en observant les mouvements des galaxies les unes par rapport aux autres, là aussi, les observations montrent qu'il doit exister des quantités importantes de cette matière dans l'espace intergalactique... Soit. Mais quelle est donc la nature réelle de cette matière invisible ? Disons-le d'emblée : on n'en sait rien.
De nombreux candidats ont été proposé sans preuves convaincantes. On s'est d'abord tout naturellement tourné vers la matière ordinaire :
* des nuages de gaz : il est vrai que, dans les années 90, les nouveaux moyens d'observation satellitaires ont mis en évidence la présence de très grandes quantités de gaz ionisé (voir glossaire) dans les galaxies, du gaz très chaud et invisible. Est-ce la fameuse matière noire ? Hélas, bien au contraire ils sont la preuve indirecte de la présence de matière noire périphérique, seule à même d'expliquer pourquoi ils ne peuvent s'échapper de la galaxie...
* les objets compacts n'émettant pas de lumière : on pense ici aux naines brunes (étoiles avortées) déjà signalées ou aux naines blanches (résidus d'étoiles). Malheureusement, ces objets, eux-aussi, ne sont pas en nombre suffisant pour expliquer les observations.
* les trous noirs : notamment les trous noirs supermassifs pourraient être de bons candidats... sauf qu'il en faudrait énormément dans chaque galaxie et que, dans ce cas, on verrait bien plus de conséquences sur les étoiles qui les entourent.
Faute de prétendants sérieux avec la matière connue, certains se sont tournés vers une matière inconnue, dite exotique, composée de d'éléments très particuliers comme les neutrinos ou les WIMP(voir glossaire). Toutefois, avant de conclure, faudrait-il encore que l'on ait pu détecter et mettre en évidence ces particules... si particulières.
Enfin, poussant le raisonnement jusqu'à la limite, certains astronomes ont décidé d'affirmer que si l'on ne pouvait pas détecter cette hypothétique matière noire, eh bien c'est qu'elle n'existe tout simplement pas ! Oui, mais alors comment expliquer les observations sur la rotation excessive des étoiles et des galaxies ? Tout simplement par le fait que les lois de la physique ne s'appliquent pas dans ce cas et qu'il faut les réinventer... Une opinion qui, on s'en doute, n'a pas l'aval de la majorité des scientifiques.
Comme on peut le comprendre, le moins que l'on puisse dire est qu'il n'existe pas de consensus au sein de la communauté scientifique. Il faudra probablement bien plus d'observations et de savants calculs pour expliquer ce mystère, l'un des principaux défis posés à l'astronomie moderne.

3. l'énergie sombre
Comme si toutes ces questions sans réponses ne suffisait pas, voilà que vers la toute fin du siècle dernier, grâce au perfectionnement des méthodes d'observation (notamment la mesure affinée des supernovas et de la cartographie du fond diffus cosmologique, voir sujet II,6), les scientifiques sont arrivés à la conclusion qu'il existait une accélération de l'expansion de l'univers. Le modèle d'Einstein d'univers statique avait été abandonné depuis longtemps (en fait depuis les observations de Hubble sur la fuite des galaxies) et on savait l'univers en expansion. Toutefois, le bon sens voulait que, en raison de la gravitation, cette expansion diminue, même très faiblement. Patatras : l'accélération de cette expansion vient tout remettre en question. Du coup, on a bien été obligé d'introduire la notion d'une force répulsive universelle s'opposant à la gravitation, force baptisée « énergie sombre » (à ne pas confondre avec la matière noire évoquée plus haut). On entre ici dans le domaine de la cosmologie, c'est à dire l'étude de l'univers et de son devenir : selon la nature exacte de l'énergie sombre, l'univers ira à terme soit vers une accélération de son expansion et à sa dislocation, soit vers un ralentissement si la gravité arrive à contrebalancer cette énergie sombre. Pour l'heure, compte tenu de nos connaissances, c'est plutôt le premier scénario qui semble s'imposer. Mais les chiffres sont intéressants : on estime que l'énergie sombre représente environ 70% de l'univers, la matière noire évoquée plus haut environ 25% tandis que l'univers qui nous est connu (les étoiles, les galaxies, les nuages de gaz visibles, etc.) ne représente que 5% de l'ensemble. Si je compte bien, cela veut dire que 95% de l'univers nous est inconnu : quel extraordinaire défi pour les scientifiques des temps à venir !


Glossaire (sources Wikipedia France)
* ionisation : c'est la faculté pour un atome de ne plus être électriquement neutre par la perte ou l'ajout d'une charge, en l'occurrence un électron. De ce fait, l'atome résultant est appelé un ion. Un rayonnement ionisant quant à lui est un rayonnement qui produit des ionisations dans la matière qu'il traverse.
* neutrino : le neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des particules. Longtemps sa masse fut supposée nulle. Toutefois, des expériences récentes (Super-Kamiokande) ont montré que celle-ci, bien que très petite, est différente de zéro. L'existence du neutrino a été postulée pour la première fois par Wolfgang Pauli pour expliquer le spectre continu de la désintégration bêta ainsi que l'apparente non-conservation du moment cinétique.
* WIMP : en astrophysique, les WIMPs (acronyme anglais pour « particules massives interagissant faiblement ») forment une solution au problème de la matière noire. Ces particules interagissent très faiblement avec la matière ordinaire (nucléons, électrons). C'est cette très faible interaction, associée à une masse importante (de l'ordre de celle d'un noyau atomique), qui en font un candidat crédible pour la matière noire.
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# Posté le samedi 29 septembre 2007 13:18

Modifié le samedi 09 février 2008 12:41

DE L'EVOLUTION : Néandertal et Sapiens, une quête de la spiritualité

DE L'EVOLUTION : Néandertal et Sapiens, une quête de la spiritualité
Il y a à peu près 40 000 ans vivaient côte à côte en Europe deux genres d'hommes: Néandertal et Sapiens (anciennement appelé Cro-Magnon), ce dernier ayant seul subsisté et qualifiant par conséquent l'espèce que nous sommes. On sait aujourd'hui que, contrairement aux croyances anciennes, ces deux homo (homo neandertalensis et homo sapiens) n'étaient pas directement apparentés génétiquement mais de lointains cousins issus d'un ancêtre commun, probablement un homo erectus ayant vécu il y a 500 000 ans. Si la lignée des Néandertaliens ne s'était pas éteinte, quel monde serait actuellement le nôtre ? Comment se ferait la cohabitation de deux lignées humaines différentes, des lignées qui ne seraient pas interfécondes ? Auraient-ils pu s'entendre ? Troublantes questions...

1. d'où venait Néandertal ?
L'homme de Néandertal apparaît en Europe vers – 400 000 ans environ. Puisque l'on sait aujourd'hui que son patrimoine génétique était sensiblement différent de celui de l'homo sapiens, on peut se demander quelle est sa réelle origine. Une bonne explication pourrait être celle d'une spéciation, c'est à dire le développement séparé d'une branche d'une même espèce (le plus souvent par isolement géographique) qui aboutit, par mutations successives, à l'apparition d'une nouvelle espèce ne pouvant plus être interféconde avec l'espèce de départ. On pourrait alors avancer que Néandertal serait une sorte d'homo sapiens archaïque ayant migré dans le cul-de-sac géographique que représentait l'Europe et qu'il y aurait développé les particularités génétiques et anatomiques qui sont les siennes. On peut aussi prétendre que ce serait le descendant direct d'un homo erectus, ce dernier ayant donné un autre descendant, Sapiens. A vrai dire, seules les études génétiques à venir pourront trancher dans un sens ou dans l'autre mais, dans tous les cas, on s'oriente vers deux espèces génétiquement différentes.

2. Qui était-il ?
L'Europe en ce temps-là, c'est à dire entre – 400 000 et – 40 000 ans avant J.C. était froide. On comprend plus facilement pourquoi Néandertal qui avait dû s'adapter au climat présentait cette apparence robuste pour ne pas dire massive : un homme d'environ 1m65 (bien qu'il y ait eu des individus plus grands, jusqu'à 1m90 semble-t-il) pour un poids pouvant atteindre 80 à 90 kg, la femelle (femme ?) étant, elle, légèrement plus petite. Il possédait des membres assez courts avec des articulations plus marquées que celles de l'homme moderne tandis que sa cage thoracique était très large. Ce qui a surtout frappé les premiers observateurs est son crâne : quoique la boîte crânienne soit d'un volume plutôt plus important que celle d'homo sapiens, ce qui retient d'abord l'attention, c'est un front bas relevé par une région sus-orbitaire proéminente tandis que la région de la face s'étendant entre les orbites et les dents est comme projetée en avant, donnant à un visage sans réelles pommettes une inclinaison en arrière et vers l'extérieur. Il n'en fallait pas plus pour que les premiers scientifiques ayant examiné ces fossiles concluent à un « hominidé archaïque » pour ne pas dire une espèce de singe à peine évolué. Ce n'est que bien plus tard que cet a priori culturel fut mis à mal lorsqu'on s'aperçut que Néandertal partageait avec son lointain cousin moderne des pratiques qui confinaient à une certaine spiritualité.

3. Néandertal, un homme à part entière ?
De la plus simple bactérie aux animaux les plus évolués, il n'y a – on l'a déjà évoqué – qu'une différence de degrés et non de nature : tous appartiennent à la grande famille du vivant mais ce qui caractérise l'Homme, ce sont ses facultés cognitives plus développées dont certaines lui sont propres. Bien entendu, il n'est pas ici question d'affirmer que l'Homme, grâce à ces caractéristiques spéciales, est l'étape ultime d'une « évolution vers le progrès » défendue par certains égocentristes (voir sujets I, 1-3-4-6). Disons plus simplement que la sélection naturelle a permis à l'Homme de développer des facultés intellectuelles uniques lui ayant autorisé une certaine adaptation à son univers ambiant tandis que les autres espèces vivantes ont privilégié des stratégies différentes. Quoi qu'il en soit, une des facultés principales de l'Homme est de pouvoir, plus que les autres animaux, se projeter dans le temps : il est ainsi, semble-t-il, le seul à posséder la faculté d'anticiper sa propre mort. Il comprend donc que le destin de tout individu, à commencer par le sien, est de disparaître un jour et, par voie de conséquence, il a entrepris une quête de spiritualité qui le distancie des tâches purement utilitaires des autres êtres vivants. Cette approche concerne bien sûr Sapiens mais aussi Néandertal.
Bien qu'un ancêtre probable de Néandertal (homo heidelbergensis) ait été cité comme ayant eu un comportement particulier vis-à-vis de ses morts (cela reste à l'étude), c'est avec Néandertal que les premières sépultures ont été mises en évidence. Elles datent d'environ – 100 000 ans et ont été découvertes au Proche-Orient, une aire de diffusion de Néandertal autre que l'Europe. Depuis, bien d'autres, notamment en France, ont été mises à jour. Toutefois, avant de nous intéresser à la pensée symbolique de Néandertal, revenons sur son implantation géographique et son mode de subsistance, ce qui permettra au passage de casser le cou à quelques idées reçues.
a. le monde de Néandertal
Nous avons déjà dit que Néandertal, entre environ – 400 000 ans et – 35 000 ans av. JC, avait colonisé l'Europe actuelle et la partie la plus occidentale de l'Orient. Il faut d'abord remarquer qu'il s'agit là d'un territoire immense couvrant plusieurs millions de km2 s'étendant sur différentes aires écologiques et représentant à peu près le territoire colonisé en Afrique par Sapiens au même moment. Dans la durée, cette occupation couvre trois glaciations (et donc trois périodes interglaciaires) où les changements de climat ont été considérables, bien plus importants au demeurant que l'éventuel effet de serre actuel : il y a survécu sans problème.
On a avancé que Néandertal était un charognard car incapable, de par un équipement inadapté, de pratiquer la chasse. En réalité, si parfois il se nourrissait peut-être de cadavres d'animaux (mais comme son cousin Sapiens), c'était surtout un chasseur qui n'hésitait pas à s'attaquer à des animaux redoutables comme le mammouth, l'ours ou le rhinocéros laineux. Les études comparatives pratiquées en Europe ont uniquement montré que Néandertal chassait plus près de son lieu de résidence alors que Sapiens recherchait ses proies parfois assez loin : une moindre mobilité qui ne remet pas en cause le caractère moderne de ses habitudes de chasse.
Pour chasser, il faut des armes adaptées et, justement, on a longtemps pensé que Néandertal ne savait produire que des outils élémentaires, obtenus facilement en peu d'opérations de fabrication. Ce qui allait bien avec l'absence de véritable pensée conceptuelle qu'on lui octroyait. Il s'agissait là aussi d'un a priori (ou disons, pour être généreux, d'une insuffisance d'informations) : Néandertal était capable de fabriquer des objets complexes comme des lances en bois (ayant donc nécessité un long travail de rabotage et de raclage), voire même des outils composites. A l'inverse de Sapiens qui fabriquait des pointes de pierre et d'os légères capables d'être projetées de loin et à grande vitesse, Néandertal privilégiait des pointes à la base ample et épaisse à emmancher sur un support large, et donc lourd, mais possédant une force de pénétration intense à courte distance : plus qu'une inadaptation à une certaine forme de chasse dynamique, on doit plutôt voir là des stratégies différentes. En somme, il s'agit d'adaptations distinctes probablement également efficaces selon l'usage retenu et qui traduisent plutôt des différences culturelles.
b. Néandertal et la pensée conceptuelle
On pensait classiquement que les innovations culturelles de Néandertal remontaient à ses contacts avec Sapiens, vers – 40 000 ans av. JC. Outre le fait que la technologie des Néandertaliens tardifs est originale, ne montrant que peu de similitudes avec les techniques de Sapiens, on a retrouvé des objets « modernes » fabriqués par lui et précédant de plusieurs milliers d'années l'arrivée de Sapiens sur son territoire : il s'agit donc de traditions culturelles autonomes locales prouvant au contraire que Néandertal était en train de réaliser une approche personnelle vers la technologie du paléolithique supérieur.
Les sépultures du paléolithique moyen mises à jour sont pour la plupart clairement néandertaliennes et elles étaient enrichies par des offrandes (outils, os gravés, etc.), des fragments de colorants récoltés parfois loin du site et les positions particulières des corps. Certainement moins élaborées que les sépultures ultérieures de Sapiens, ces lieux funéraires traduisent une recherche et une attention incontestables : comment dès lors leur refuser une pensée symbolique ?
Bien qu'ayant utilisé des pigments (montrant leur utilisation sur des supports souples comme la peau et donc forcément symboliques), Néandertal n'a que peu laissé de traces figuratives mais, à y regarder de plus près, c'est également le cas de Sapiens dont les réelles traditions picturales datent de l'aurignacien, une époque qu'on peut situer vers – 30 000 ans av. JC (à l'exception notable de parures dans des sites africains remontant à – 70 000 ans).
Plus que l'explication traditionnellement (et anciennement) avancée d'une population néandertalienne ayant « progressé » au contact de l'homme moderne, on s'oriente à présent vers des évolutions parallèles même si les innovations culturelles ont varié selon ces populations.
Lors du contact entre Néandertal et Sapiens, chaque espèce avait donc ses traditions particulières et son savoir personnel. Pourtant, après une dizaine de milliers d'années de vie côte à côte, les premiers ont disparu sans laisser de descendants : en a-t-on une explication ?

4. la fin de l'homme de Néandertal
A l'arrivée de Sapiens venu d'Afrique, Néandertal occupait, comme on l'a déjà dit, l'Europe et une partie du Proche-Orient. Pourtant, quelques milliers d'années plus tard, on n'en retrouve plus trace que de façon périphérique : dans la péninsule ibérique et en Croatie. Que lui est-il donc arrivé ? Plusieurs hypothèses ont été avancées par les scientifiques dont aucune ne semble parfaitement convaincante.
a. il aurait succombé à des épidémies, peut-être d'origine tropicale et peut-être véhiculées par Sapiens qui y aurait été résistant. Cette hypothèse paraît peu crédible puisque les deux espèces ont coexisté durant plusieurs milliers d'années (au moins 5 000 ans, voire 10 000, ce qui, rapporté à notre présent, nous place à une époque plus ancienne que celle de l'ancien empire égyptien...) : une aussi longue durée cadre mal avec cette explication.
b. une baisse soudaine de sa fécondité ou l'apparition d'une surmortalité naturelle (ou les deux associées). Il s'agit là de suppositions invérifiables mais, surtout, on comprend mal pourquoi Néandertal, et lui seul, aurait été la victime de tels phénomènes.
c. un brutal changement du climat : il est vrai que la période considérée (vers – 40 000 à – 30 000 ans) a vu un climat plutôt incertain mais jamais de véritable réchauffement majeur et les scientifiques, aujourd'hui, ont pratiquement abandonné cette hypothèse. Reste la possibilité de modifications de l'environnement et/ou des problèmes de subsistance mais lesquels et pourquoi n'ont-elles pas affecté Sapiens ?
d. la consanguinité : une baisse démographique conduisant à la raréfaction des individus disponibles et encourageant la reproduction entre parents proches pourrait expliquer une dérive génétique délétère mais alors pourquoi une telle baisse démographique ?
e. le métissage avec Sapiens : c'était jadis l'hypothèse privilégiée mais qui, on l'a déjà dit, a été pratiquement abandonnée depuis l'apport des études génétiques récentes montrant un trop grand éloignement entre ces deux homo d'espèces différentes (et donc leur impossibilité à avoir des descendants communs).
f. la compétition avec Sapiens : il ne s'agit en tout cas pas de bataille directe puisque on n'a jamais trouvé de sites exposant les fossiles mutilés des protagonistes ce qui n'aurait pas manqué de se produire en cas de confrontations violentes et multiples. Peut-on alors envisager une compétition au seul niveau des ressources alimentaires qui d'évidence ne sont pas inépuisables ? Une supériorité culturelle, même modeste, de Sapiens aurait elle pu induire le reflux progressif de Néandertal vers le sud de l'Europe et sa disparition par amoindrissement démographique progressif ? Pas de réponse franche.
Aucune explication n'est donc définitivement convaincante (et peut-être d'ailleurs sont-elles intriquées). Nous sommes obligés de reconnaître que la disparition de Néandertal reste encore pour nous un mystère.

5. Néandertal et sapiens auraient-ils pu continuer à vivre ensemble ?
Contrairement aux anciennes idées des années 60, deux espèces d'hommes ont effectivement vécu ensemble durant un certain temps sur notre bonne vieille Terre. Nous ne savons pas quels furent leurs rapports exacts, ni même s'il y en eut vraiment. Ce qui apparaît en revanche comme à peu près certain, c'est qu'ils furent culturellement proches et que nous ne savons pas vraiment pourquoi l'un (c'est à dire nous) a survécu et l'autre non. Comme je le faisais remarquer au début de ce sujet, cette cohabitation temporaire nous pose une question vraiment intéressante : quelle aurait été l'histoire et la structure du monde, de notre monde, si nous avions dû le partager avec une autre espèce d'homme, un homme suffisamment proche de nous pour que nous ayons pu construire des univers culturels parallèles mais néanmoins suffisamment éloigné pour que nous n'ayons pu avoir de descendants communs ? Le point de vue optimiste suggère un enrichissement des deux partis et ce d'autant que nos points de vue auraient été forcément sensiblement différents, chacun apportant en somme à l'autre une part de son expérience, un peu à la manière de deux amis confrontés à un même problème... Le point de vue pessimiste, lui, insiste sur l'inévitable compétition de deux espèces rivales avec son lot d'incompréhension, de méfiance, de haine peut-être, et son cortège concomitant de guerres, de destructions et de morts. Je pense, pour ma part, que la réalité se serait probablement située entre les deux mais vous, vous situez-vous plutôt du côté optimiste ou du côté pessimiste ?


Image : crânes de Néandertalien (à gauche) et de Sapiens (à droite)
Sources : www.arts.ualberta.ca
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# Posté le lundi 08 octobre 2007 09:36

Modifié le samedi 09 février 2008 12:41

DE L'ASTRONOMIE : étoiles doubles et systèmes multiples

DE L'ASTRONOMIE : étoiles doubles et systèmes multiples
« Joroan observait avec attention le soleil bleu qui s'apprêtait à disparaître derrière la colline escarpée. Depuis presque trois heures, son compagnon, le soleil rouge, s'était avant lui éclipsé. Du coup, la lumière ambiante, de bistre moyen, s'était parée d'un bleu étrange qui gommait les couleurs des terres et des montagnes. Il n'était pas facile pour un humain de se régler sur ces changements pourtant prévisibles mais toujours surprenants et Joroan n'avait dû qu'aux simulations d'entraînement de ne pas être totalement dépaysé. On disait même qu'à certaines périodes de l'année, probablement en fonction de l'éloignement respectif des deux binaires et d'éclipses plus ou moins complètes, la planète se paraît de teintes encore plus sauvages. Dans quelques minutes, l'obscurité allait se faire mais une obscurité elle-aussi inhabituelle, variable selon les heures et les endroits et donc d'autant plus traîtresse. »
(extrait du livre « Alcyon B »)
Quel ciel étrange que celui d'une planète gravitant autour d'une étoile possédant un ou plusieurs compagnons stellaires ! Mais cela est-il possible dans un Univers qui ne serait pas seulement celui d'un auteur de science-fiction ? Je m'étais souvent posé la question puis, un jour, dans une grande revue de vulgarisation scientifique, j'ai lu le point de vue d'un astronome très médiatisé (dont je tairai le nom) qui affirmait de façon péremptoire à peu près ceci (je le cite de mémoire) : « Il est tout à fait impossible qu'un système à plusieurs étoiles puisse posséder des planètes tournant autour de l'une d'entre elles et, a fortiori, de l'ensemble. En effet, ces planètes potentielles ne pourraient jamais maintenir une orbite stable et elles seraient soit rejetées vers l'un des soleils et donc détruites, soit évacuées du système vers le vide interstellaire. De plus, je peux affirmer que les forces d'attraction du système ne permettraient pas la création de tels astres ». Bon. Dommage pour les amateurs de science-fiction, me suis-je dit. De toute façon, il faudra encore bien du temps pour aller voir sur place si par hasard... C'était sans compter avec le génie de la Nature... et la curiosité des hommes. Depuis plusieurs années déjà, de nombreuses exoplanètes (voir glossaire) ont été découvertes : plus de 230 recensées en juin 2007. L'excellente revue Science & Vie a fait, il y a quelques mois, le point sur la question et a même cherché à décrire certaines d'entre elles, du moins à partir du peu que nous en savons. Je ne résiste pas au plaisir de citer quelques lignes de cette revue (Science & Vie, Hors-série 239, juin 2007) qui, je l'espère, me pardonnera la courte citation : « Trois soleils dans le ciel, voilà ce que découvrirait le visiteur de la planète HD 188753 A b, située à 140 années-lumière d'ici, dans la constellation du Cygne. Il s'agit d'une planète gazeuse à peine plus grosse que Jupiter qui tourne en un peu plus de 3 jours à seulement 6,6 millions de km de son soleil. Vue depuis cette planète, son étoile apparaît vingt fois plus grande dans son ciel que le Soleil depuis la Terre. Plus étonnant, un couple d'étoiles orangées tourne aussi autour de HD 188753 A (voir glossaire). Illuminée par ce système d'étoiles triples, l'exoplanète HD 188753 A b a été surnommée Tatooine par les astronomes, en référence à la planète où Luke Skywalker a grandi dans la Guerre des étoiles. ». Il s'agit, bien sûr, d'une planète gazeuse et, qui plus est, très proche de son soleil mais elle a le mérite d'exister dans un système multiple. Nos outils d'observation ne sont pas encore suffisamment performants pour dénicher les petites planètes telluriques (comme la Terre) autour de ces soleils lointains mais je reste persuadé que ce n'est qu'une question de temps. Quoi qu'il en soit, l'astronome « expert » avait tort et l'auteur de science-fiction, sans le savoir, raison. Cela m'a donné l'idée de m'intéresser aujourd'hui à ces systèmes d'étoiles multiples qui doivent éclairer bizarrement les planètes qui s'y trouvent.

1. systèmes d'étoiles multiples
D'emblée, il convient de préciser que je vais parler des étoiles doubles « vraies » (étoiles physiques) par opposition aux « fausses » (étoiles doubles optiques) qui ne paraissent proches que par un effet d'optique dû à la perspective (ces étoiles peuvent être en réalité très éloignées les unes des autres et ne sont, de toute façon, pas liées entre elles).
Il existe des systèmes d'étoiles doubles, c'est à dire regroupant deux étoiles - qu'on appelle aussi étoiles binaires - et des systèmes d'étoiles multiples comportant trois, quatre voire plus d'étoiles liées les unes aux autres. Notons que ces dernières (plus de deux) sont quand même nettement plus rares que les binaires proprement dites. Quel que soit leur nombre, ces astres, liés par la gravitation, ont la particularité de tourner autour d'un point commun virtuel qui est la résultante des différentes forces d'attraction. Plus ces étoiles liées sont nombreuses et plus le calcul de leurs orbites respectives sera, on le comprend bien, compliqué.

2. nombre et formation des étoiles multiples
Jusqu'à il y a peu, on pensait que la grande majorité des étoiles étaient doubles ou multiples. On a avancé le chiffre de 70% ce qui ne laisse que 1/3 des étoiles comme notre Soleil, c'est à dire solitaires. En fait, on est quelque peu revenu sur cette affirmation car s'il est vrai que la majorité des étoiles massives et brillantes sont doubles, cela est moins le cas des naines rouges qui forment le gros bataillon de l'armée stellaire. Reste que les étoiles doubles sont très nombreuses et on peut se demander pourquoi. Pour cela, il faut comprendre leur mode de formation.
Avant qu'une étoile n'apparaisse, il existe un immense nuage de gaz d'hydrogène dont une partie va se contracter sur elle-même, attirant de plus en plus de gaz et de poussières. Les forces gravitationnelles augmentant avec la densité, il y a échauffement et condensation du nuage : la protoétoile rayonne d'abord dans l'infrarouge puis initie une réaction nucléaire si chaleur et masse sont suffisants. Une nouvelle étoile va alors « s'allumer ». Le nuage primordial, toutefois, n'est pas homogène et ses mouvements plus ou moins violents peuvent conduire à sa fragmentation : plusieurs parties du nuage peuvent aboutir à des étoiles dont la proximité les lient inéluctablement. En schématisant quelque peu, on pourrait presque dire que l'importance du nuage originel explique pourquoi les naines rouges qui sont de petites étoiles, plus petites que le Soleil, sont isolées tandis que les étoiles massives et supermassives ont des compagnons proches...

3. observation et classification des étoiles multiples
En dépit du perfectionnement de nos outils d'observation, il reste difficile d'identifier les systèmes d'étoiles multiples dès lors qu'ils sont suffisamment éloignés de nous (C'est d'ailleurs totalement impossible en dehors de notre galaxie). On va donc chercher, comme toujours en astronomie lorsque l'observation directe est insuffisante, à s'en remettre à des preuves indirectes.
Certaines étoiles présentent des variations de magnitude (éclat apparent) mais selon un processus totalement différent des céphéides ou étoiles variables que nous avons évoquées dans un sujet précédent (voir sujet II, 2). Ici, il ne s'agit pas d'une réelle variation de la luminosité de l'étoile mais de l'éclipse mutuelle de deux étoiles dont les orbites se superposent à un moment donné : l'éclat le plus faible se produit lorsque l'étoile la moins brillante vient se superposer à la plus brillante (dans le cas contraire, on voit également une variation de magnitude mais plus difficile à discerner). On parle alors de binaires à éclipses. La plus célèbre de ces étoiles est Algol (de la constellation de Persée), un couple d'étoiles où la plus brillante, une géante bleue, est en partie occultée par son compagnon, un astre orangé. Il en existe d'autres comme la supergéante rouge en fin de vie, Antarès, que j'ai déjà évoquée dans un autre sujet, ou Sirius, géante rouge occultée par son compagnon, une naine blanche.
Une autre façon d'identifier des binaires est de visualiser l'apparition soudaine d'une nova (étymologiquement « nouvelle étoile »). Il s'agit de la brusque augmentation de luminosité d'une étoile intervenant lors de sa fin de vie : est alors presque certainement concerné un système binaire associant une naine blanche (étoile compacte au c½ur éteint) qui « capte » de la matière provenant de sa compagne. Le gaz arraché ne s'incorpore pas directement à la naine blanche mais forme un anneau brûlant autour d'elle (on parle alors de disque d'accrétion) qui explique les variations de luminosité observées.
Signalons enfin les binaires X : en pareil cas, il ne s'agit pas de variation de lumière visible mais d'un sursaut d'émission de rayonnement X correspondant lui-aussi à un transfert de matière entre une étoile encore en activité vers son compagnon qui est soit une étoile à neutrons, soit plus rarement un trou noir (voir sujet II, 5).

4. devenir des systèmes d'étoiles multiples
Je faisais précédemment allusion à la complexité des orbites de ces étoiles liées. On peut comprendre que de tels systèmes deviennent instables à plus ou moins long terme. Au bout d'un certain temps d'évolution commune, ces systèmes ont tendance à se simplifier, c'est à dire à se séparer. Je fais ici allusion au fait que certaines étoiles dont les orbites se déséquilibrent peu à peu finissent par être expulsées du système dont elles font partie. Les américains utilisent un terme précis pour ces astres : ils parlent de « runaway stars », ce qui veut à peu près dire étoiles qui s'échappent ou qui s'évadent. En raison des puissantes forces à l'½uvre en la matière, ces étoiles sont expulsées à grande vitesse et c'est précisément cette caractéristique qui permet de les repérer. Il peut s'agir de la perturbation de l'orbite de l'intéressée par un troisième corps excitateur ou d'un choc entre une étoile à neutrons et sa compagne qui les projette à grande vitesse loin l'une de l'autre. Quoi qu'il en soit, la mise en évidence de la vitesse excessive d'une étoile (plus de 50 km par seconde) signe ce qui est probablement la conséquence d'un de ces cataclysmes.

5. beauté des étoiles doubles
Le fait que coexistent dans le ciel d'une planète plusieurs étoiles de couleurs différentes doit être à la fois superbe et considérablement dérangeant pour des êtres comme nous que la théorie de l'évolution a sélectionné pour une lumière bien précise, celle du Soleil. Je me demande quand même ce que peut être la résultante lumineuse de l'exposition à un soleil rouge agrémenté dans le lointain d'une géante bleue ou bien d'une étoile orangée dont les compagnons seraient vert pour l'un et blanc pour l'autre... Simple rêveries évidemment puisque, outre le fait que nous ne savons pas quitter notre propre système solaire, il est peu probable que de tels mondes nous permettent jamais d'y survivre dans des conditions acceptables. A moins que des machines bardées d'équipements spéciaux ?


Glossaire :
* exoplanète : planète extérieure au système solaire et tournant en conséquence autour d'une autre étoile que le Soleil. Soupçonnées depuis longtemps (Giordano Bruno est mort sur le bûcher pour l'avoir affirmé trop tôt), elles n'ont été mises en évidence avec certitude que vers la toute fin du 20ème siècle.
* HD 188753 A désigne évidemment l'étoile puisque, le nombre de celles-ci étant infini, il paraît illusoire de vouloir les baptiser toutes d'un nom propre, théoriquement réservé aux plus importantes et/ou anciennement découvertes d'entre elles. Les planètes gravitant autour d'une étoile sont donc affublées de la même appellation chiffrée, agrémenté d'une lettre (ici « b ») selon leur place dans le système stellaire concerné. Il est à noter que les catalogues répertoriant les corps célestes sont très nombreux (plus de 5000 si on incorpore les catalogues dits « historiques »). En réalité, seuls quelques uns comme ceux de Messier, du télescope Hubble, etc. sont utilisés pour les objets généraux tandis que d'autres, plus spécialisés, regroupent par exemple les pulsars ou les étoiles binaires. L'appellation du corps céleste commence donc par un groupe de lettres qui donne le nom du catalogue retenu (M pour Messier, GSC pour Hubble, etc.). Ici, HD débutant l'appellation de l'exoplanète citée signifie Henri Draper Catalogue, une classification très en vogue, notamment aux États-Unis.

Image : étoiles doubles (vue d'artiste) (sources : www.futura-sciences.com)
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# Posté le samedi 20 octobre 2007 11:03

Modifié le samedi 09 février 2008 12:41

DE LA MEDECINE : cellules-souches

DE LA MEDECINE : cellules-souches
La mondialisation – en tout cas dans le monde développé – est en marche, dit-on, et rien ne semble en mesure de l'arrêter. Il est vrai que, à toutes les époques, les observateurs confrontés au système politique dominant ont souvent eu cette impression d'inéluctabilité, probablement faute de posséder suffisamment de recul. Dans le domaine des sciences la question ne s'est jamais réellement posée puisque, de tout temps, les esprits concernés ont toujours assez facilement reconnu les réelles avancées scientifiques. Ce qui, aujourd'hui, est nouveau, c'est la haute technicité et la rapidité de la mise en ½uvre de leurs applications (société médiatique oblige), la recherche immédiate de bénéfices commerciaux (domination actuelle du modèle marchand anglo-saxon) et la toujours possible délocalisation des recherches sous des cieux plus tolérants. D'où, en médecine, la survenue de problèmes éthiques qui sont parfois de véritables casse-têtes pour les autorités dites morales... Les travaux sur les cellules-souches sont un exemple de ces dilemmes, peut-être le plus emblématique. Je me propose donc de revenir sur leur nature et les espoirs (ou craintes) suscités dans ce domaine.

1. cellules-souches
Précisons tout d'abord qu'une cellule-souche est une cellule indifférenciée capable de donner naissance à des cellules spécialisées et possédant par ailleurs la particularité de pouvoir se multiplier de manière quasiment illimitée, notamment quand elles sont cultivées en laboratoire (cette propriété étant également le cas des cellules cancéreuse). On comprend immédiatement leur intérêt si l'on espère régénérer un organe, voire en créer un nouveau... et les problèmes éthiques s'y rapportant : nous aurons l'occasion d'y revenir.
Les cellules-souches sont présentes chez tous les êtres vivants (on pense à la salamandre capable de régénérer une de ses pattes si nécessaire), les mammifères comme les autres. On les trouve surtout au stade embryonnaire de l'individu et aussi, mais dans une moindre mesure, chez l'adulte dont les tissus possèdent, en effet, presque toujours des cellules-souches, celles-ci étant seulement capables de régénérer le tissu composant l'organe auquel elles appartiennent. En résumé, plus on est près des premières divisions cellulaires après la fécondation, plus les cellules-souches présentes ont la faculté d'engendrer des cellules potentiellement multi-spécialisées. C'est la raison pour laquelle, on classe ces cellules en quatre grandes catégories :
* les cellules-souches totipotentes : elles sont capables de donner un individu complet (totipotent = tous les pouvoirs) et sont issues des premières division de l'½uf (en fait, jusqu'au stade de la morula, c'est à dire un embryon débutant comprenant environ de 2 à 8 cellules). Lorsqu'on décide de provoquer le clonage d'un individu entier, c'est évidemment à ce stade qu'il faut le faire.
* les cellules-souches pluripotentes : présentes chez l'embryon un peu plus âgé (vers 40 à 50 cellules), elles ne peuvent plus donner un individu entier mais sont encore capables d'engendrer chacun des tissus de l'organisme.
* les cellules-souches multipotentes : celles-ci sont présentes bien sûr chez l'embryon mais aussi chez l'adulte. Leurs capacités sont un peu plus limitées puisqu'elles peuvent produire différentes cellules spécialisées mais de nature voisine : on parle alors de cellules déterminées. C'est le cas, par exemple, des cellules-souches du système hématopoïétique de l'homme qui peuvent donner naissance à toutes les cellules du système sanguin (y compris les globules blancs les plus spécialisés) mais sont incapables de former, par exemple, des cellules osseuses ou pancréatiques.
* les cellules-souches unipotentes : ces dernières ne peuvent donner qu'un type cellulaire et un seul, tout en gardant comme les autres la possibilité de s'autorenouveler. Elles sont présentes dans la plupart des organes mais pas tous : par exemple, le c½ur n'en possède pas et est donc incapable de se réparer si besoin.
On voit donc qu'il existe différentes sortes de cellules-souches, plus ou moins opérantes, plus ou moins recherchées et donc plus ou moins faciles à trouver. Précisons également que d'autres cellules sont capables de se différencier et de donner naissance à des lignées cellulaires particulières mais elles ont perdu la faculté de se reproduire à l'infini : en pareil cas, on ne parlera pas de cellules-souches mais de cellules progénitrices (on en trouve un peu partout dans l'organisme d'un être vivant) beaucoup moins intéressantes.

2. Intérêt des cellules-souches
Les cellules-souches, et ce d'autant qu'elles se situent plus tôt dans la vie de l'individu, sont une richesse potentielle incroyable puisque, à partir d'elles, on est en droit d'espérer la réparation de n'importe quel tissu déficient ou abimé, voire plus peut-être. On comprend la frénésie qui s'est emparée d'une partie des spécialistes de la question (et des politiques mais sans doute pour d'autres raisons). Qui n'a jamais rêvé de voir, à l'instar de la salamandre citée plus haut, repousser un membre accidentellement disparu ? Est-ce possible ? Et, au fait, que peut-on espérer de ces cellules « miracles » ? La liste est longue et certainement pas exhaustive.
En théorie, il paraît parfaitement envisageable de mettre en culture des cellules pluripotentes (les plus prometteuses) et obtenir une source quasi-illimitée de tissus cellulaires. Du coup, la thérapie cellulaire devient possible dans un grand nombre d'affections qui se caractérisent précisément par l'altération de telle ou telle lignée cellulaire : on pense, bien sûr, à la maladie d'Alzheimer, à la maladie de Parkinson, aux maladies de la moelle osseuse mais aussi, pourquoi pas, à toutes celles qui bénéficieraient d'une réinjection de cellules « normales » comme les maladies cardiovasculaires, le diabète (cellules pancréatiques), la polyarthrite rhumatoïde, les atteintes cérébrales diverses, etc. etc. Ailleurs, on évoquera évidemment tous les types de brûlures, les nécroses par ischémie, les destructions post-radiothérapiques, les déficits enzymatiques... La liste est longue... et la mariée peut-être trop belle !
L'intérêt de ces cellules ne s'arrête pourtant pas là : nous venons d'évoquer quelques unes des applications thérapeutiques venant spontanément à l'esprit mais les cellules-souches présentent également un intérêt majeur dans le domaine de la recherche fondamentale. On pourrait citer – entre autres – les avancées majeures qu'elles permettent d'entrevoir dans la sphère des anomalies génétiques où elles permettraient d'étudier les processus de développement cellulaire et, par voie de conséquence, leurs anomalies : je pense ici d'abord à la trisomie 21, si fréquente, mais il existe, comme on s'en doute, bien d'autres sujets d'études génétiques. Les recherches sur le cancer, par la proximité de leurs caractéristiques (vitesse de reproduction, expression des gènes, etc.) avec les cellules néoplasiques pourraient également bénéficier de réelles pistes d'étude. On peut également citer la recherche sur le développement des premiers stades de l'embryogénèse ou, ailleurs, l'étude grandement facilitée des nouveaux médicaments puisque que l'on disposerait en pareil cas d'un matériel sûr et pratiquement illimité.
Alors, ces cellules-souches sont-elles cette panacée tant recherchée ? Ce n'est hélas pas certain pour au moins deux types de raisons.

3. limitations potentielles à l'utilisation des cellules-souches
La première des incertitudes concernant l'intérêt véritable des cellules-souches, et donc de leur utilisation à grande échelle, est d'ordre strictement médical. J'évoquais plus haut les similitudes existant entre ces cellules primordiales et les cellules cancéreuses : divisions rapides et illimitées, expression de certains gènes « réprimés » chez les cellules normales, activité biochimique cellulaire intense. Certaines études ont montré que les cellules-souches sont très certainement à l'origine des cancers : ce sont, en effet, les seules à vivre assez longtemps pour pouvoir muter (ces mutations survenant au terme d'un certain nombre d'années d'évolution) alors que les cellules « normales » de l'organisme ne survivent que quelques semaines, un temps trop court. On sait à présent qu'il existe dans toutes les cellules des tissus de l'organisme un système d'autorégulation, appelé apoptose, qui les oblige à s'autodétruire après un certain temps d'activité, comme si l'Evolution avait introduit ce paramètre pour éviter d'éventuels dérapages. Ce mécanisme est en parfait équilibre avec la prolifération cellulaire normale et est indispensable à la survie des organismes pluricellulaires. Les cellules-souches, de part leur caractéristiques propres, ne sont pas inhibées par ce phénomène de mort cellulaire naturelle et ne sont donc pas limitées dans le temps : l'enjeu est par conséquent de contrôler cette apparente anarchie. Il s'agit là d' un problème sérieux qui nécessite encore beaucoup de travail, d'abord pour être certain du phénomène, ensuite pour le contenir s'il est vraiment effectif... On voit donc qu'il convient d'être prudent pour ne pas recréer, par exemple, des tissus dont la qualité irait exactement à l'inverse du but recherché.
La seconde limitation à l'utilisation des cellules-souches est d'ordre éthique et c'est d'ailleurs celle qui suscite le plus d'interrogations et de débats dans la communauté scientifique (et ailleurs !).

4. Problèmes éthiques
* le premier groupe de problèmes éthiques concerne l'obtention des cellules-souches
Comme on l'a déjà vu, ces cellules sont d'autant plus intéressantes que l'embryon sur lequel elles seront prélevées est jeune. Or, la technique de prélèvement détruit l'embryon d'origine afin d'obtenir et de mettre en culture les cellules visées. Que ce prélèvement provienne d'embryons surnuméraires (pour une FIV ou fécondation in vitro) et destinés à être secondairement détruits ou qu'il soit pratiqué d'emblée sur un embryon créé pour cela, les détracteurs de la technique dénoncent le fait que l'embryon est en pareil cas considéré comme un objet, un produit marchand et s'insurge « contre l'intolérable atteinte à la vie » tandis que les partisans de la technique proposent de considérer avant tout le résultat qui est la guérison de maladies autrement incurables.
On a bien proposé d'utiliser des cellules-souches présentes dans le cordon ombilical d'un nouveau-né mais, outre que cette technique reste encore en développement, il est à peu près sûr, nous l'avons déjà évoqué, que les cellules obtenues n'auront probablement pas le potentiel de développement multiple des cellules prélevées plus tôt dans le développement embryonnaire.
* deuxième type de problèmes : des cellules-souches, pour quoi faire ?
On a déjà évoqué la création (ou recréation) de tissus endommagés ainsi que la mise en culture de lignées cellulaires destinées à compenser les déficits de certaines maladies dégénératives. Hors l'obtention des dites cellules (voir paragraphe précédent), il n'existe guère d'opposition à ces thérapies. De la même manière, le développement du génie tissulaire (qui consiste à implanter des néofibres sur certains organes comme le c½ur et ses vaisseaux) ne soulève pas de problèmes éthiques particuliers.
Les tentatives de thérapie génique sont plus discutés : corriger des organes anormaux par présence d'un gène muté est déjà plus contesté mais le vrai problème concerne les maladies génétiques transmises à l'½uf par ses parents. Dans ce dernier cas, pour éviter la maladie, on a recours à un clonage (transfert de noyaux cellulaires sur l'ovocyte de la mère) qui conduit au développement d'un embryon indemne de la maladie. Certaines personnes pensent ici qu'il s'agit d'une porte ouverte vers l'eugénisme, c'est à dire la sélection d'individus sur des critères particuliers à telle culture ou tel régime politique. Les autres, au contraire, expliquent qu'une telle technique serait forcément très encadrée pour empêcher les dérapages et que nombre de drames humains, atrocement douloureux pour les individus et fort coûteux pour la communauté, seraient alors évités. Le débat fait rage.
Toutefois, un élément sur lequel s'accordent toutes les parties (pour le moment en tout cas) est l'interdiction nécessaire de tout clonage reproductif (reproduction d'un individu exactement identique à lui-même) : l'ONU a d'ailleurs délibéré dans ce sens.

5. la situation actuelle
Le moins que l'on puisse dire est qu'elle n'est pas claire. Il existe en réalité quatre types de positions adoptés par les différents pays :
* ceux qui autorisent les recherches sur l'embryon (et donc les cellules-souches) et le clonage thérapeutique (on a déjà dit que le clonage reproductif est, en théorie, interdit partout) ; il s'agit principalement des USA, du Canada, d'Israël, de la Chine et, en Europe, du Royaume-Uni, de la Belgique et de la Suède. Le Japon, tout en n'interdisant pas explicitement le clonage thérapeutique, le déconseille fortement.
* ceux qui interdisent tout : en Europe, c'est le cas de l'Allemagne, de l'Italie, de l'Autriche, de la Pologne et de la Norvège. C'est également le cas de pratiquement tous les états d'Amérique du sud à l'exception du Brésil.
* ceux qui, tout en interdisant le clonage thérapeutique, autorisent des recherches fortement encadrées : on trouve dans cette catégorie, l'Australie, le Brésil (interdiction du clonage mais autorisation des études sur les embryons congelés depuis au moins trois ans). En Europe, certains pays autorisent les recherches sur les cellules-souches embryonnaires : le Danemark, la Grèce, la Finlande, l'Estonie, la Lettonie, la Slovénie et la Suisse. Les Pays-Bas ont choisi d'instaurer un moratoire de 5 ans à l'issue duquel les recherches seront autorisées si les avancées médicales sont démontrées (mais ont déjà indiqué que par « être humain », il faut entendre un être « humain qui est né »...). L'Espagne et le Portugal cherchent à faire évoluer rapidement leur législation dans un contexte difficile, pour des raisons religieuses notamment. Quant à la France, elle a autorisé un dispositif dérogatoire de cinq ans. Pour notre pays, un rapport a été transmis au Premier Ministre de l'époque, Dominique de Villepin. Réalisé sous l'autorité du député du Val-de-Marne, le Professeur Fagniez, il conclue à la nécessité de réviser tous les cinq ans la loi relative à la bioéthique (http://www.enseignementsup-recherche.gouv.fr/rapport/rapportfagniez.pdf).
* ceux qui hésitent et sont encore en recherche de leur législation.

6. en conclusion
Il semble encore difficile de se faire une idée de l'intérêt des cellules-souches en médecine. Il est possible que les espoirs placés en elles soient exagérés comme paraissent le souligner quelques publications récentes. Ce n'est donc probablement pas la panacée évoquée plus avant dans le sujet. A l'inverse, il s'agit certainement d'une voie d'avenir pour un certain nombre d'affections face auxquelles nous sommes actuellement désarmés.
Le cas du clonage thérapeutique à des fins de thérapie génétique est certainement, d'un point de vue éthique, le plus délicat mais on sent déjà les différentes législations sur le point d'évoluer vers une plus grande souplesse. Il est vrai que les intérêts économiques sont gigantesques et que nos décideurs politiques doivent se dire qu'il serait irréaliste de laisser le champ libre au voisin puisqu'on sait que, au bout du compte, les véritables avancées scientifiques finissent toujours par imposer leur propre éthique. Et qui pourrait affirmer avec certitude que, dans l'atmosphère tamisée d'un laboratoire discret situé dans un pays à la législation aléatoire, on n'est pas déjà en train de réaliser ce que tous veulent interdire ? Alors, on se dit qu'il est peut-être préférable d'encadrer ce que l'on ne peut pas éviter.


Image : f½tus humain de quatre mois (source : http://www.retrouversonnord.be)

Addendum : il n'est pas de semaine sans qu'un nouvel article sur les cellules-souches ne soit publié. Voici - parmi d'autres - une "brève" publiée par la revue Science & Vie, dans son numéro de novembre 2007, p. 39 :
Des cellules souches peuvent réparer les poumons
Régénérer les alvéoles pulmonaires en greffant des cellules dans les poumons, c'est possible. Pour la première fois, des chercheurs de l'Imperial College de Londres ont implanté chez des souris des cellules pulmonaires obtenues à partir de cellules souches embryonnaires. Ces premiers pas vers une médecine régénératrice des poumons ouvrent de grandes perspectives dans le traitement des maladies respiratoires (emphysème...). Il s'agit maintenant de déterminer les caractéristiques des cellules greffées et de vérifier l'éventuelle toxicité de la technique. L'application de ces recherches en médecine humaine prendra de nombreuses années. S.A.
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# Posté le dimanche 11 novembre 2007 12:41

Modifié le samedi 09 février 2008 12:40