mercredi 5 novembre 2008

Les bactéries autrefois ennemi n°1 , hier tolérables , aujourd'hui nécessaires ?

Les bactéries autrefois ennemi n°1, hier tolérables, aujourd'hui nécessaires ?
Source Nature
Autrefois, avec Pasteur qui a jeté les bases de la prophylaxie, promu l'imnportance de l'hygiène personnelle et sociale (cf hygiene-educ) on voyait les bactéries comme l'ennemi n°1 et on cherchait à les éliminer sans distinction. Notamment avec les antibiotiques à large spectre. Et les progrès de santé que l'hygiène a permis ont renforcé cette vision.
Puis on a commencé à en tolérer certaines : par exemple le concept de flore intestinale et les lactoferments - qu'on n'ose pas les appeler bactéries - administrés après un traitement antibiotique me paraissent liés à cette vision.
Depuis peu me semble voir apparaître une vision plus favorable encore où elles sont franchement utiles et même gérées activement dans notre intérêt bien compris.
Une exposition préparée par des chercheurs de l'UniGE en marge du colloque Wright 17-21 Novembre va approfondir ce thème. Voir plus bas.

Un système immunitaire destiné a contrer les "microbes" ou à les gérer ?
Avant qu'intervienne les anticorps, le système immunitaire déploie de nombreuses molécules antimicrobiennes qui ont une efficacité remarquable et apparemment suffisante chez de nombreux organismes qui n'ont que ce système immunitaire inné. (Cf review Michael Zasloff (2002)) Au point qu'on se demande si la complexité de notre système immunitaire n'est pas tant destinée à combattre les agents pathogènes qu'à gérer une tolérance sélective. On en vient a imaginer que nous favorisons certaines variétés utiles, comme une sorte de force de travail bactérien ou presque de symbiose il me semble.

Les bactéries sont en nous !
Source Nature ZEPHYR/SPL
Selon Mullard (2008), les bactéries de notre intestin sont environ 10 trillons (10^10) et pèsent 1.2 kg Abbott (2004) ! ( j'imagine que ce chiffre n'est pas le même pour une minette quasi anorexique et un bon gros client du MacDo ...) Tout de même, elles sont 10 fois plus nombreuses que nos cellule. Sans parler de celles de notre peau, voir plus bas.
  • Mullard, Asher. (2008). Microbiology: The inside story Published online 28 May 2008 | Nature 453, 578-580 | doi:10.1038/453578a
  • Abbott, Alison. (2004) Microbiology: Gut reaction Nature 427, 284-286 (22 January 2004) | doi:10.1038/427284a !

Les bactéries sont dans notre génome ?
Dans le nôtre, pas sûr, mais des chercheurs (Hotopp, J. C. D., et al. (2007))ont trouvé dans le génome de plusieurs insectes et de quelques vers des fragments de plus de 500bases et même le génome entier ( 1 Mb) de la bactérie Wolbachia pipientis.
Bien sûr Wolbachia pipientis est une bactérie un peu spéciale, elle infecte 20 à 75 % des insectes et de nombreux invertébrés. Mais de là à insérer son génome entier dans celui de ses hôtes il y a un pas. Pour Takema Fukatsu ces transferts horizontaux, bien connus chez les bactéries, sont peut-être plus répandus chez les eukaryotes.
Pas sûr que notre génome soit à l'abri. En tous cas notre génome contient de nombreux fragments d'anciens rétrovirus (env 8% de endogenous retroviruses (ERV) selon Lester, Benjamin. (2007)) qui s'y sont insérés dans notre passé évolutif et sont transmis avec nos chromosomes. Et des centaines de gènes d'origine bactérienne résultant probablement de transfert horizontal (International Human Genome Sequencing Consortium 2001)

Les bactéries de chaque intestin seraient différentes
Il semble Pearson, H. (2006a) que les bactéries qui peuplent nos intestins soient acquises à la naissance et restent relativement stables. Cette population serait acquise par le contact avec les populations de bactéries de la mère. Oui vous avez bien deviné... nous parlons des flores intestinales , vaginales et du lait de la mère : le contact avec ces muqueuses ou fèces donne au bébé un premier capital de bactéries qui va ensuite se développer en fonction des autres caractéristiques de l'individu (génétiques, alimentaires, etc.)
source Nature CAMERON/CORBIS
D'ailleurs Pearson, H. (2006b) que le fait de naître par césarienne -dans des condition forcément plus stériles- plutôt que naturellement ne donne pas l'occasion au système immunitaires de développer une tolérance à la flore intestinale et que "le système immunitaire des bébés nés naturellement à une longueur d'avance " Lotz M., et al. (2006)
Cela expliquerait peut-être en partie les réactions différentes de chacun à une nourriture identique.

Des bactéries plus efficaces favorisent l'obésité ?
Selon 2 news de Helen Pearson (2006a et 2006b), des études montrent que les populations de bactéries des gens obèse seraient différentes, notamment la quantité de Methanobrevibacter smithii qui élimine l'hydrogène et permet mieux l'action d'autres bactéries et réduit de ce fait le méthane... flatulent. Ces flores-là convertiraient plus efficacement (40% de plus) les fibres -sinon indigestes- en acides gras absorbables. Cette conversion représente 10% de notre apport calorique. Or même une légère augmentation de l'apport calorique suffit à favoriser l'obésité. Cf Bio-Tremplins Juillet 2007 et Science et Vie en parlait brièvement en février 2007 (intranet.jpg)

Trop d'hygiène serait défavorable ?
On a beaucoup parlé de l'hypothèse hygiéniste (review : Yazdanbakhsh, 2002) selon laquelle une trop grande hygiène dans la petite enfance favoriserait l'apparition d'allergies en privant le système immunitaire d'opportunités de

La encore un choix judicieux de microbes en nous jouent un rôle très nuancé et même franchement positif. (D'accord il semblerait que ce sont plutôt des parasites, protistes et vers qui plus seraient impliqués)

Des bactéries qui préviennent le diabète ?

Source : nature Punchstock
Une étude récente, rapportée par Zelkowitz (2008) dans Science Now et Ledford (2008) dans Nature montre que la présence de bactéries à la petite naissance influence le système immunitaire ( les lymphocytes T sont moins activés) et que cela prévient l'apparition du diabète de type 1 chez des souris. c
Cela renforce ici aussi l'idée que les microbes en nous affectent profondément la manière dont nos organes fonctionnent, dit Margaret McFall-Ngai de l'University of Wisconsin, Madison. Gerard Eberl (2008) dans La Recherche explique que le diabète de type I est une maladie auto-immune où notre système immunitaire attaque les cellules qui devraient fabriquer l'insuline. Les bactéries réguleraient l'équilibre entre le volet inflammatoire et le volet régulateur.
Dans la même veine, Mazmanian, et al (2008) dit - a propos de la maladie inflammatoire de l'intestin que certaines molécules produites par nos bactéries pourraient faire la différence entre la santé et la maladie,

Plus de bactéries sous la peau ?

Une étude récente rapportée par Pennisi, Elizabeth. (2008) explore la diversité des bactéries à divers endroits de la peau, et a par exemple découvert que nous avons plus de bactéries sous la peau 1 million par cm2 qu'à la surface : 10'000/cm2 .
  • Pennisi, Elizabeth. (2008). Bacteria Are Picky About Their Homes on Human Skin Science 23 May 2008: Vol. 320. no. 5879, p. 1001 DOI: 10.1126/science.320.5879.1001

Explorer la richesse en nous : le projet microbiome.
Source Projet HMP
Un grand projet : Human Microbiome Project (HMP) , dans le prolongement du projet génome humain, vise a comprendre les interactions entre ces microbes en nous et avec nous.
  • Peter J. Turnbaugh, et al. . Gordon1(2007) The Human Microbiome Project Nature 449, 804-810 (18 October 2007) | doi:10.1038/nature06244; Published online 17 October 2007

A l'occasion du 13e Colloque Wright , les « Grandes épidémies », le professeur Linder et le docteur Perron des Facultés de médecine et des sciences de l'UNIGE et Madame Yvon de la Passerelle de l'UNIGE ont réalisé une exposition grand public sur le thème de la microbiologie. En 12 panneaux largement illustrés, ils nous emmènent à la découverte des microbes, ces organismes invisibles à l'¦il nu qui nous habitent et nous entourent.
On y découvre leur extrême diversité et leur omniprésence dans notre environnement. Malgré leur mauvaise réputation, on apprend que l'immense majorité des microbes est essentielle à l'équilibre des écosystèmes et nous rend de nombreux services. Néanmoins quelques-uns d'entre eux sont indésirables et causent des maladies pouvant être fatales. De nombreuses stratégies d'attaques ont été développées par l'homme pour lutter contre ces micro-organismes mais certains résistent. Certains de ces indésirables, très présents dans les médias, sont mis en lumière (grippe, HIV).

Cette exposition s'accompagne d'une brochure qui permet d'aller plus loin dans la compréhension de la microbiologie. Celle-ci complète chaque panneau de l'exposition par un texte explicatif visant à la fois à approfondir certains concepts scientifiques et à donner quelques exemples concrets de recherches menées dans l'arc lémanique. Cette brochure sera à disposition sur le lieu de l'exposition.

17-21 novembre
Uni Dufour, sous sol
Tout public.


La diversité des organismes étrangers comme une richesse plutôt qu'un problème ?
Ainsi nos populations de bactéries sont finalement - plutôt qu'un problème - une richesse en nous que notre système immunitaire apprend à gérer avec finesse pour optimiser notre santé... ?

Peut-être que la réflexion sur les problématiques d'intégration pourrait s'inspirer de la manière dont notre organisme gère sa population étrangère ?
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mardi 28 octobre 2008

partagez !

Partagez !
Si vous trouvez ces Bio-Tremplins utiles ou intéressants, n'hésitez pas à en parler à vos collègues et amis. Il suffit de m'envoyer un message pour être inscrit.
Pour le moment un tiers des enseignants en bio genevois sont déjà inscrits à cette publication électronique, qui touche aussi plus de 120 personnes à travers le monde francophone, en Algérie, en Belgique, en Roumanie, au Québec et jusqu'en chine. Sans parler de ceux qui sont inscrits au fil RSS du blog.
Votre feed-back est toujours bienvenu sur les choix, le ton, le degré d'approfondissement etc.
Bien que je n'aie aucun intérêt à avoir plus d'inscrits, chaque inscription est une motivation à continuer et faire mieux... Alors n'hésitez pas, partagez !
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le colloque Wright : un must !

Une pré-annonce :
Pour vous permettre d'organiser, le colloque Wright aura lieu du 17-21 novembre sur le thème des grandes épidémies, le retour ?Avec :

De g. à d., J. M. Bishop, R. G. Webster, D. D. Ho, D. Young, H. Grundmann.
  • Il y aura à Uni-Dufour une expo du Prof Linder de l'UniGE :
  • Les microbes, pour le meilleur et pour le pire
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Terreur chez les lombrics !

Le grognement qui fait sortir les vers de terre

Dans une nouvelle récente dans Science, Boutin, Chad(2008). The Grunter Gets the Worm rapporte qu'une étude explique enfin une vieille tradition de Floride, le Grunting . Se levant à l'aube ces chasseurs de vers enfoncent un pieu de 30cm dans le sol et en frottent l'extrémité avec une longue lame d'acier, (rooping iron) comme une sorte de râpe, produisant un grognement sinistre et guttural, qui fait sortir les vers de terre !
Jusqu'à présent on ignorait comment cette technique induisait la sortie des vers.

Lors d'un festival en avril, le Eighth Annual Sopchoppy Worm Gruntin' Festival in Sopchoppy, Florida, deux équipes de biologistes (Jayne Yack du Carleton University in Ottawa, Canada, et Kenneth Catania du Vanderbilt University in Nashville, Tennessee) ont installé géophones et sismonètres et ont mesuré ce qui se passe : en grattant leur pieu environ 25 fois en 30 seconds, ils ont produit des vibrations dans le sol à environ 100 hertz et on vu apparaître en moins de 2 minutes de nombreux vers Diplocardia mississipiensis
La preuve que ces vers sont sensibles aux vibrations du sol est donc faite.

Une petite vidéo ici montre la technique et permet d'entendre le bruit qui fait sortir les vers de terre...

Catania et al. (2008) publient dans PLoS ONE une expérience avec une caisse de terre pleine de vers dans laquelle on laisse une taupe creuser une galerie par le coté : ils ont vu fuir les vers à leur vitesse maximale de 50 cm par minute. Ainsi l'action des grunters s'explique par l'imitation du bruit que fait le principal prédateur de ces vers : la taupe creusant.
Ils ont aussi pu par d'autres expériences similaires éliminer l'hypothèse que ce serait le bruit de la pluie tambourinant sur le sol qui cause la fuite des vers.
Evidemment pour les vers, sortir de terre, c'est s'exposer à d'autres prédateurs,... mais la taupe -qui ne sort pas de terre - peut manger son poids en ver de terre par jour et constitue donc une menace encore plus grande que les oiseaux et autres prédateurs de surface.

C'est un peu comme les poissons volants qui fuient les prédateurs marins dans les airs, dit Catania

Encore un comportement qui n'est pas intrinsèquement "bon", mais constitue un optimum entre des pressions de sélection contradictoires, adaptée dans ce milieu-là.
Le rôle décisif du milieu dans l'évolution est bien mis en évidence.


Sources

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jeudi 23 octobre 2008

Le cinéma de l'embryon au top ten ?

L'embryologie dans le top ten des downloads de films ?
Alors que la question des bons usages d'Internet en classe commence à se poser, des chercheurs à l'EMBL ont produit une vidéo qui risque d'être au top du hit-parade dans les classes d'embryologie : une vidéo où l'on distingue bien chaque cellule de l'embryon et ses mouvements jusqu'à la neurulation. Une telle précision sur une si longue durée a été rendue possible par la mise au point d'une nouvelle forme de microscopie tridimensionnelle la DSLM.
Figure 1 : Quelques petites images extraites de la splendide vidéo d'un embryon de vertébré à divers stades.
Et ces images authentiques sont librement accessibles à tous !


L'imagerie cellulaire ... encore un domaine en expansion
En effet , dans une news de Science, Vogel (2008) rapporte les travaux de Keller et al. (2008) qui ont mis au point une nouvelle forme de microscopie : la DSLM (digital scanned laser light sheet fluorescence microscopy).
Une sorte de scanner excite les cellules marquées (ici leur chromatine) en balayant un laser horizontalement, puis de haut en bas par tranches successives pour parcourir l'échantillon (ici un embryon). On mesure la fluorescence à angle droit et un système informatique très puissant reconstitue l'image en 3-D . Cela permet d'assurer sur des échantillons de quelques millimètres un suivi de chaque noyau durant 24 heures du développement de l'embryon : une précision et une durée encore jamais atteinte.
Fig 2 : le principe de la DSLM en un schéma : pour exciter la fluorescence on illumine avec un laser (bleu) l'échantillon et on balaie par ligne horizontale puis verticalement par plan et on mesure la fluorescence émise par les noyaux (vert). Source : Keller et al (2008) Le principe de fonctionnement de la DSLM est sous forme de vidéo ici

Une application en embryologie
Ils ont ainsi suivi de minute en minute les étapes du développement d'un embryon de vertébré (le poisson Danio rerio : en anglais : Zebrafish dans l'article) nous offrant la possibilité de faire découvrir aux élèves les mouvements des cellules
Ils ont pu ainsi trancher entre deux hypothèses sur l'origine de la rupture de symétrie qui identifie l'axe du corps.
Et Internet nous permet encore une fois d'accéder à des données authentiques, issues tout droit de la recherche, accessibles en classe ou même par les élèves à la maison !
Une vidéo pour découvrir l'embryologie ?
Parmi les séquences proposées, la plus remarquable est -à mon avis - celle-ci (extraits intranet ici)
: une vidéo des premières divisions de l'embryon (depuis 64 cellules) jusqu'à la neurulation où l'on peut suivre chaque cellule. (! c'est un fichier de 41Mb !).

Quel usage en faire ?
La première idée est probablement que le maître la présente à la classe et la commente.
Mais d'autres questions didactiques se posent, comme de décider si on la présente aux élèves avant ou après les images statiques. Ou encore si on la fait regarder aux élèves après une introduction du sujet, pour aider à intégrer la dynamique ou plutôt comme découverte de la dynamique du développement, que les images statiques viendront solidifier.
Dans d'autres approches éducatives, pour ceux qui veulent que les élèves apprennent à observer les phénomènes biologiques et à en extraire eux-mêmes les connaissances, elle pourrait être le support d'une activité des élèves où ils devraient repérer dans la vidéo les images statiques de leur ouvrage voire ordonner une série d'images.
Il y a bien sûr encore d'autres possibilités que chacun saura inventer.
Clairement ce que les élèves apprennent n'est pas identique dans chacun de ces cas et c'est un débat passionnnant.
Comme souvent dans cette période où Internet entre lentement en classe, la question n'est pas tant si cette ressource est bonne ou non, mais plutôt si tel ou tel usage est adapté à cette classe, à ce programme, à ce style d'enseignement, à ce qu'on veut que les élèves sachent vraiment, ...

Que dit la recherche sur la question de l'apport à l'apprentissage des animations ?
Des recherches, notamment à TECFA, un labo de l'UniGe, (Bétrancourt, M. & Chassot, A., 2008) ont abordé ce genre de questions, et incitent à limiter la surcharge cognitive que représente la découverte simultanée de nombreux concepts comme les mouvements cellulaires, les grandes étapes de l'embryologie, la différenciation cellulaire, etc
Pour Mireille Bétrancourt, Prof à TECFA,
"Il vaut mieux présenter d'abord les états statiques, et surtout les différents éléments qui interviennent, avant de commenter la dynamique. D'autre part, il faut bien indiquer quels sont les éléments dynamiques intéressants à regarder, car sinon les élèves vont avoir tendance à se focaliser sur les éléments les plus saillants perceptivement, [ =ce qui frappe, qui est le plus visible] qui ne sont pas forcément les plus intéressants. Enfin, il faut aussi réaliser que les élèves ne déduiront pas la "logique" du mécanisme à partir du simple visionnement de la séquence temporelle, que pour ça, il faut imaginer des activités qui incitent les élèves à réfléchir sur les mécanisme le fonctionnement."

L'essentiel est invisible pour les yeux ... on ne voit bien qu'avec un regard instruit.
Ainsi, malgré le souhait fondamental en sciences expérimentales de commencer par l'observation, de tout baser sur les faits, il vaut peut-être mieux pour des débutants les aider à se former d'abord un regard de biologiste. Et ce regard n'est pas inné... savoir regarder s'apprend et suppose pas mal de connaissances. Ensuite, ce regard actif, étayé, construit peut comprendre les concepts et enfin aborder la dynamique dans une vraie découverte.

Et apprécier encore mieux cette belle découverte scientifique... ce que St. Exupéry n'aurait peut-être pas renié. Qu'il me pardonne cette paraphrase osée.


Pour des ressources en classe, voir aussi
Source
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dimanche 12 octobre 2008

Hospitalité et pique-assiettes: les fleurs manipulent les pollinisateurs.

Hospitalité et pique-assiettes : la solution chimique....

On sait que les fleurs attirent souvent les insectes ou les oiseaux pollinisateurs avec des couleurs et des motifs contrastés, des odeurs attirantes et offrent du nectar.
Les plantes étant si nombreuses et l'importance de la pollinisation dans leur reproduction si critique, on pourrait imaginer que l'évolution soit plutôt contrôlée par les insectes et les autres pollinisateurs.
Une recherche récente (Kessler, D. et al. 2008), rapportée par Raguso (2008) dans les News de Science, révèle que certaines plantes en tous cas ont des stratégies pour reprendre la main et contrôler la distribution de leur nectar en vue d'optimiser la pollinisation.

Générosité contrôlée
En effet les plantes se reproduisent mieux si leur pollen est distribué largement, et si les ressources offertes sont parcimonieusement distribuées aux animaux les plus susceptibles de diffuser le pollen efficacement.

Par une combinaison de substances chimiques - chez Nicotiana attenuata en tous cas - la plante favorise les pollinisateurs qui prennent un peu de nectar seulement, et vont trouver le reste de leur pitance chez de nombreuses fleurs, distribuant ainsi le pollen entre plusieurs fleurs.
Figure 1 Une pollinisation optimisée par la chimie. N. attenuata attire les colibris (Archilochus alexandri) avec du nectar et des parfums, mais les repousse avec des toxines : nicotine. Cela favorise une diffusion optimale du pollen. [img]CREDIT: D. KESSLER

La séduction optimale : parfum envoûtant et toxique répulsif.
La plante équilibre l'attraction (couleurs , parfums, nectar) et la répulsion (nicotine toxique) d'une manière qui pourrait évoquer les jeux la séduction...
Une fleur qui produit à la fois du benzyl acetone (une des odeurs les plus attractives) et de la nicotine (un insecticide naturel agissant sur le système nerveux des insectes, et qui est aussi dissuasif pour les oiseaux) pourrait évoquer la femme fatale de certains fantasmes, mais n'est guère facile a comprendre scientifiquement.
Pour explorer ce paradoxe, Kessler, D. et al. (2008) ont réduit au silence les gènes de la biosynthèse de la nicotine et du benzyl acetone qui est une des odeurs les plus efficaces de ces plantes. Ils ont aussi procédé à des analyses de paternité et des expériences de terrain.
Résultats : Ceux qui produisent à la fois nicotine et benzyl acetone ont plus de descendants et produisent des capsules plus grandes.

Un équilibre antagoniste
Ils interprètent cela par l'équilibre entre 2 effets antagonistes : d'un côté la fleur offre ses atours, qui attirent les pollinisateurs mais aussi des animaux tels que des coléoptères, des bourdons, des chenilles qui perforent la fleur et prennent beaucoup de nectar sans distribuer le pollen. De plus, sans restriction, certains insectes ou colibris prendraient beaucoup de nectar, seraient vite rassasiés et ne visiteraient que peu de fleurs.
D'un autre côté, la fleur produit de la nicotine qui limite les voleurs de nectar et oblige les pollinisateurs à ne prendre que peu à la fois, donc à aller vers de nombreuses autre fleurs.
Personnellement je n'ai pas compris cet argument car il me semble que recevoir une fois beaucoup de toxine ou plusieurs fois un peu ne doit pas être si différent ? Ce sont pourtant les résultats obtenus ! Quelqu'un peut éclairer ma lanterne ? Le blog permet de répondre.

D'autres ruses des plantes ...
Presque un tiers des orchidées n'ont pas de nectar, et si on leur ajoute de l'eau sucrée, les pollinisateurs restent plus longtemps et on observe plus d'endogamie et de pertes de pollen. Les Cycas augmentent la température des cones mâles, obligeant ainsi les insectes qui se nourrissent de pollen à les quitter et à aller vers de cones femelles, pollinisant ainsi ces plantes.

Au fond la vie sexuelle des plantes est aussi faite des complexités de la séduction et bien plus complexe qu'on ne l'imagine...
Pour celles et ceux que ce sujet titille, d'innombrables autres exemples de la complexité de la vie sexuelle des plantes sont présentés dans un ouvrage de Roger Grounds : The private life of plants. A côté de ce que les plantes pratiquent, il dit que les humains les plus pervers semblent bien sages !

Sources
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vendredi 26 septembre 2008

Le camouflage de mobilité

Les insectes sont souvent camouflés ... immobiles




Fig 1 : Biston betularia : un exemple classique de camouflage immobile. (Source Kettlewell, Oxford ) Phasme-bâton qui ressemble à une brindille (source : Phasmes.com).

On connaît bien les formes de camouflage des insectes notamment, comme le fameux Biston betularia (phalène des bouleaux) qui est un exemple classique (et maladroitement fondé-nous y reviendrons) dans l'évolution. Ou les Phasmes qui ressemblent à des brindilles de bois. Mais tous ces camouflages supposent l'animal immobile.

Les libellules sont des prédateurs très rapides

Fig. 1 : Une libellule (Aeschne sp. bleue ?) assez proche de Hemianax. On voit bien ses grands yeux qui lui donnent une vue très large.
Ici encore en cours de séchage après sa mue elle m'a été plus facile à photographier près de Genève ! (Source : F.Lo)

Pour la libellule qui chasse en vol, la question du camouflage se pose autrement ... Or ces animaux défendent fortement leur territoire et pour les auteurs ce sont les plus anciens prédateurs aériens.


Fig 3 . Les libellules géantes étaient les premiers prédateurs des airs selon Mizutani et al. (2003). En effet des libellules géantes de 80cm d'envergure ont régné les airs au carbonifère il y a environ 320 millions d'années !(source Wikipedia)


La libellule qui se cache par la virtuosité de son vol

Fig 4 : Hemianax papuensis [img] source : Brisbane Insects and Spiders Home page.

Mizutani Akiko, et al. (2003) ont découvert il y a quelques temps chez une espèce de grandes libellules , Hemianax papuensis, qu'elle est capable de se déplacer en fonction des mouvements de ses proies pour paraître immobile sur le fond visuel.

En effet on sait que les yeux des insectes sont particulièrement sensibles aux mouvements. Quand un insecte volant se déplace, sur sa rétine l'image de l'arrière-plan (Rive de l'étang par exemple) se déplace (Optic flow), de manière régulière selon sa vitesse et sa direction. Un insecte volant dans une autre direction ou immobile serait très visible par contraste.


Par des manoeuvres aériennes très rapides, accélérations énergiques et virages puissants (cf fig 1.b) , la libellule camouflée réussit se placer toujours devant le même point du fond visuel (1.a) alors même que sa proie ou son concurrent se déplace. Ainsi elle se distingue très peu du fond, car il n'y a pas de mouvement apparent pour la proie.



Figure 1a Interactions entre deux libellules mâles : les lignes relient celui qui est camouflé (en bleu) et celui dont il se cache en rouge. On voit que ces lignes se croisent en un point : par rapport à ce point (arrière plan) le bleu parait immobile au rouge . 1b : les accélérations sont très fortes par moments ( vitesse angulaire en degrés.s-1) 1c : un autre example : le camouflé se déplace de manière à être indiscernable d'un objet immobile qui serait situé à l'intersection des lignes ( sphère arc-en-ciel) (image et légende complète An)

Encore une tactique impressionnante pour un si petit cerveau, mais qui a eu pas mal de millions d'années pour optimiser ses performances et sa taille !

Quand les militaires s'en inspireront-ils ? Probablement qu'ils y ont déjà pensé, hélas. Mais les inerties des avions de plusieurs tonnes ne permettent peut-être pas l'incroyable agilité de ces libellules !

Références
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dimanche 21 septembre 2008

Le jeu de jambes de la mouche, une trajectoire d'évitement !

D'après une nouvelle dans Science Now : Miller, Greg. (2008)Fancy Footwork Helps Flies Cheat Death, ScienceNOW Daily News, 28 August 2008

Le jeu de jambes : digne de Lucky Luke !
Pesant à peine un milligramme, la mouche à vinaigre, Drosophila melanogaster est perpétuellement menacée d'écrasement. Des chercheurs du California Institute of Technology viennent de découvrir qu'un complexe jeu de jambes, bien plus qu'un simple réflexe, lui permet d'échapper à la main vengeresse. En quelques millisecondes elle analyse la trajectoire de la menace et adapte la position de ses pattes centrales - d'avant en arrière et de côté - pour la projeter et lui permettre de décoller dans la direction opposée au danger.

Fig 1 : La Drosophila positionne en quelques dizaines de [ms] ses pattes centrales vers l'avant (observer leur déplacement par rapport au point rouge) pour se projeter en arrière au décollage (ici le danger vient de devant et un peu de côté). L'image montre la mouche de côté et par dessous grâce à un système de miroirs. Credit: Gwyneth Card and Michael H. Dickinson, Current Biology 18 (9 September 2008)


Fig 2 : La mouche fuit (jump angle) à l'opposé de l'angle d'approche (approach angle) [Image complète ] Source : Card, G., & Dickinson, M. H. (2008)

Petite, mais futée !
Gwyneth Card et Michael Dickinson du California Institute of Technology à Pasadena ont utilisé des caméras video qui capturent 5400 images/seconde. Ils ont vu ce que personne n'imaginait possible pour un insecte dont le cerveau a environ 100'000 neurones : en environ 150 [ms], (200[ms] avant de décoller) les mouches positionnent leurs jambes de manière à placer leur centre de gravité dans l'axe du départ prévu.

Une vidéo au ralenti de ce mouvement est disponible ici.

Comment les attraper alors ?
L'auteur de la news suggère de surcorriger : viser plus loin que la mouche à l'arrêt puisqu'elle va fuir l'arrivée de la tapette a mouche ! On sait d'ailleurs (Jablonski, P.G et al. 2001) que certains oiseaux ( Myioborus pictus) exploitent ce système pour faire s'envoler les mouches plus tôt et mieux les attraper !

Le circuit de fibres géantes (GF) impliqué ?
On connaît un circuit conduit par une paire de neurones de grand diamètre qui est impliqué dans les réponses de fuite des mouches mais que cela ne semble pas suffire à expliquer la finesse de cette réaction.
"A pair of large-diameter interneurons called the giant fibers (GF) are thought to trigger visually mediated escape responses in flies by coordinating the rapid bilateral contraction of leg extensor and wing-depressor muscles" Card, G., & Dickinson, M. H. (2008)
Chacun sait que les neurones ont une vitesse de réaction qui est liée au diamètre de l'axone : plus gros axone -> plus rapide. C'est probablement la raison de leur taille "géante".

Chez d'autres insectes ?
D'autre part, d'après les auteurs de l'article, les sauterelles aussi font des ajustements de leur position avant de sauter pour fuir ou mieux atteindre leurs cibles visuelles.
Il y a aussi la libellule qui se déplace pour paraître immobile aux yeux de ses prédateurs, mais cela mérite un autre bio-tremplin bientôt !

Un Bio-tremplin récent avait mis en évidence que cette faculté existe aussi chez les poissons-archer.
Ainsi la géométrie et la balistique dans les petits cerveaux n'est pas rare !
Notez bien que je n'ai pas saisi l'occasion de parler du foot, ou des tennismen qui ont raté leurs études et obtenu des médailles... ;-)

Calcul mental ?
Comment un si petit cerveau peut faire aussi vite l'analyse de positions dans leur champ visuel ( positions azimutales) pour en déduire la direction de fuite - l'équivalent de calculs complexes d'un système de DCA - est une belle question qui attend les futurs chercheurs que sont nos élèves ... des prix Nobel à faire, peut-être ?

Références
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mercredi 17 septembre 2008

Addiction: le côté obscur de l'apprentissage demain jeudi soir

Une conférence sans doute remarquable sur l'addiction ... un sujet auquel nous sommes tous confrontés, et pour lequel des avancées importantes apportent un éclairage nouveau.

l'addiction



Chaque époque produit ses dépendances: substances toxiques, jeu d'argent, réalité virtuelle, Internet Jeudi 18 septembre, le prof. Christian Lüscher et le Dr Daniele Zullino présenteront les dernières recherches en neurosciences et en psychiatrie, montrant que l'addiction correspond à un dérèglement des mécanismes d'apprentissage.

Tout effort d'apprentissage, dans quelque domaine que ce soit, est motivé par l'attente d'une récompense. Il arrive que la recherche du plaisir lié à cette récompense s'emballe et occulte la finalité liée à l'apprentissage. Dans ce cas, la fin ne justifie plus les moyens et les moyens deviennent une fin en soi, entraînant des comportements de type compulsifs.

L'exposé du prof. Lüscher et du Dr Zullino est le troisième du cycle de conférences publiques annuelles organisées par la Faculté de médecine de l'UNIGE. Le cycle 2008 est dédié à la Fondation Louis-Jeantet de médecine, qui célèbre cette année ses 25 ans.

Christian Lüscher est professeur au Département des neurosciences fondamentales de la Faculté de médecine de l'Université de Genève. Il s'est orienté vers une formation de clinicien-chercheur en physiologie et en pharmacologie cellulaire et moléculaire.

Daniele Zullino est Privat-Docent de la Faculté de médecine de l'Université de Genève depuis 2006 ; Médecin-Chef du Service d'abus de substances du Département de psychiatrie des Hôpitaux Universitaires de Genève.

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Addiction: le côté obscur de l'apprentissage
Centre médical universitaire (1 rue Michel-Servet, Genève)
Auditoire 400
Jeudi 18 septembre 18h30
Entrée libre
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jeudi 11 septembre 2008

GéNographie ? Situer les différences génétiques interindividuelles produit une carte d'europe !

Situer les différences génétiques interindividuelles produit une carte d'europe !

Un traitement statistique des variantes génétiques (SNP) pour plus de 1000 européens (Analyse en composante principales) produit une répartition de ces individus qui ressemble bien à la carte de leurs ancêtres... On y distingue même les Suisse-allemands des Romands et des Tessinois.


Fig 1 : Les différences génétiques peuvent-être représentées dans 2 dimensions qui ressemblent remarquablement à une carte géographique. source: Cahoon, Lauren, (2008) Carte plus détaillée

Dans une news de Science, Lauren Cahoon (2008) décrit les résultats d'une étude par John Novembre à l'University of California, Los Angeles (Novembre, J., et al. 2008 Genes mirror geography within Europe) dans la revue Nature. Ils ont comparé 500,000 SNP (Single Nucleotide Polymorphisms) parmi 1387 Européens dont les grands parents étaient de la même région qu'eux pour établir une représentation en 2-d de ces différences.

SNP ?

Les SNP sont des endroits du génome humain où l'on connaît au moins deux variantes de nucléotides à cette position précise. Ce sont donc des sortes de marqueurs de variation. (cf Bio-Tremplins février 2008) Ces variantes sont répertoriées dans une base librement accessible DbSNP

D'anciennes questions avec de nouveaux outils... à apprivoiser

Cavalli-Sforza avait déjà utilisé ces outils statistiques (Notamment l'ACP) pour établir une cartographie génétique, mais sur la base des fréquences des allèles de plusieurs gènes.

Maintenant qu'on peut séquencer des milliards de base à la fois, et traiter statistiquement des montagnes de données, on peut aborder les mêmes questions sur la base d'une avalanche (un demi-million ici) de variantes (SNP) chez de très nombreuses personnes , 1000 ici. Ces nombres vont sans doute augmenter très vite.
On est déjà capable de séquencer des milliards de base en peu de jours, mais une comparaison sur l'ensemble du génome de nombreux individus n'est pas encore aisée...
Là aussi on voit que le biologiste peut de moins en moins se passer d'une bonne base dans le domaine des technologies de traitement de l'information, simplement pour bien comprendre et mettre en perspective les résultats qui sont publiés.

Une analyse statistique
Une analyse en composante principale (ACP) cherche les axes de variations maximum dans l'espace de toutes ces variations des SNP. Elle réduit les variations à 2 axes en somme. (Sorry les statisticiens, c'est très simplifié... voir ici pour plus de détails) On peut ainsi visualiser ce qui différencie les individus de l'échantillon et ce qui les rapproche sur l'ensemble des SNP.

L'étonnante correspondance avec la carte (souvent à quelques centaines de km près)) révèle selon Carlos Bustamante a quel point les mariages ne sont pas aléatoires, mais bien plus probables à l'intérieur des groupes sociaux qui correspondent en gros aux pays et aux langues. La suisse se révèle ainsi être constituée de 3 clusters assez distincts, avec peu de brassage génétique entre eux.
Fig3 : Les suisses des 3 régions linguistiques peuvent être souvent être distingués génétiquement. Source (Novembre, J.., et al. (2008))

La géNographie

Ils proposent le terme de geNographie pour ce type d'études. Les usages de ce type d'information sont nombreux, disent les auteurs : avec plus de données, cela permettra peut-être de situer l'origine d'un individu sur la carte, une forme d'aide à la généalogie. Pour la médecines légale on peut situer sur la carte des traces ( cheveu, sang, etc.) d'un suspect ou un coupable...



Cela soulève des enjeux éthiques ou légaux nouveaux.

Que nous apporte la géNographie !?


Nous avions vu dans les Bio-tremplins ici (mai 2008) qu'on avait pu- avec les SNP également - confirmer l'origine africaine des populations mondiales et leur répartition selon 2 grands mouvements de migration.


La fameuse revue National Geographic propose avec The Genographic Project une identification de son origine ethnique dans le projet Your Genetic Journey pour situer son lignage sur des dizaines de milliers d'années "explain the genetic journeys that bond your personal lineage over tens of thousands of years. "

La question des origines prend un autre éclairage aux USA où l'esclavage a déraciné pas mal de gens et où les arbres généalogiques ne sont pas disponibles pour beaucoup de descendants de colons.

Mise en perspective

Mattias Jakobsson,un généticien des populations à l'Université d'Uppsala en Suède souligne que si ces statistiques très fines ont pu mettre en évidence des différences, cela ne devrait pas faire oublier que les similitudes entre européens sont bien plus grandes que ces différences !

A l'expo Chromosome Walk de l'UniGE au jardin Botanique, Marie-Claude Blatter disait à mes élèves qu'il n' y a qu'1 pour mille qui change dans le génome d'une personne à l'autre : bien sûr ça fait quand même 3 millions de différences, mais ça ne doit pas masquer la très grande similitude entre nous tous.
Pour paraphraser l'expositions conçue par Hubert Van Blyenburgh,

"Tous semblables tous différents" ...

André Langaney fustige ces tests dans une émission récente de la RSR Podcast.
Une mise en garde de Charmaine Royal du Duke Institute for Genome Sciences and Policy (Brendan, Maher. 2008) souligne combien ces tests peuvent avoir des conséquences psychologiques lourdes et qu'ils posent la réalité des race comme un fait, comme si il y avait 4 ou 5 groupes d'humains descendant d'ancêtres distincts et bien séparés les uns des autres alors que la recherche en génétique a montré que ces séparations n'ont aucun fondement. L'usage de tels test pour permettre aux juifs de vérifier leur origine fait pas mal de bruit en évoquant de sinistres précédents : un article dans un gratuit évoque le scandale Melilo, Giuseppe. (2008)


Et en français ?
Références
Update 15 XI 08 : ajouté les liens sur les commentaires d'André Langaney et la mise en garde de Charmaine Royal du Duke Institute for Genome Sciences and Policy (Brendan, Maher. 2008). Et une réf. d'un journal gratuit sur un test qui identifie les juifs a été rajoutée
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mardi 26 août 2008

La marche des chromosomes : 10 ans de l'Institut Suisse de Bioinformatique (ISB)

La Suisse et l'UniGenève à la pointe avec SwissProt et l'Institut Suisse de Bioinformatique depuis 10ans

Trop discrètement, il me semble l'uni de Genève abrite une des fondations de la biologie moderne : SwissProt, (dirigé par Amos Bairoch, Prix Latsis 2004) une base de données sur les protéines très "qualité suisse" : les données y sont vérifiées par des humains et tenues à jour avec une précision que les approches automatiques des autres bases ne permettent pas.

A l'occasion des 10 ans de l'Institut Suisse de Bioinformatique, les groupes genevois, dont le groupe Swiss-Prot organisent une exposition 'Chromosome walk: au fil du génome humain'
La nouvelle biologie (que nous appelons BIST) repose sur l'accès a ces bases de données bioinformatiques, et c'est de chez SwissProt qu'est venue Marie-Claude Blatter, l'experte dans les cours de formation à la BIST que vous avez été nombreux à suivre. (Il n'aura pas lieu cette année)
C'est que la nature même de la Biologie change ... la manière de mener les expériences en biologie, d'en extraire des connaissances nouvelles changent.


Au centre : l'ADN. Or les séquences d'ADN sont dans des bases de donnes...
Dans la mesure où l'essence même de ce qu'est le vivant est probablement inscrit dans l'ADN, et qu'on a séquencé toujours plus de génomes, librement disponibles dans ces bases, explorer le vivant se fait en explorant ces séqeunces aussi.
Les chercheurs utilisent des outils d'analyse de ces données tels que BLAST pour pêcher des séquences similaires, ClustalW pour comparer leur alignement etc. Ainsi les biologistes passent probablement plus de la moitié de leur temps (de rarement 30 à fréquemment 50-70% selon mes enquêtes informelles) à faires de "expériences" in silico , qui complètent les manipulations de laboratoire. Il n'est pas rare que des publications dans Nature ou Science soient uniquement basées sur ces démarches BIST, des "expériences in silico". (Exemple : la comparaison Chimpanze-humain)
Et on pourra bientôt enlever les guillemets... il faut s'y habituer !

La biologie change, notre enseignement aussi !

La plupart des expériences en biologie actuelle sont au moins partiellement effectuées en interrogeant ces bases de données (Cf interview du chercheur UniGe sur les Phéromones I. Rodriguez) et cette BIST est une dimension importante de la Biologie, aussi la question de son insertion dans les cours est posée avec toujours plus d'acuité. Par bonheur la plupart de ces ressources et outils sont disponibles par un simple accès web, et donc facilement utilisables dans les écoles
Exemple : vous voulez l'hémoglobine UniProt vous la propose : tapez Hémoglobine, acceptez la traduction hemoglobin ici , choisissez la sous-unit Beta HBB_HUMAN et vous avez un description de la protéine et sa séquence.
Franchement plus authentique que de la montrer sur un acétate ou de la voir imprimée dans un bouquin scolaire, non ? ...pas plus simple, c'est vrai ! mais quel gain en motivation !
Plusieurs scénarios développés avec SwissProt sont disponibles ici.

Bon anniversaire Swissprot !

Ce fleuron des bases de données de protéines fête ses 10ans sur le thème de la marche des chromosomes:

Il y aura une Exposition du 1er au 30 septembre 2008
au Jardin botanique de Genève, Terre de Pregny

La bioinformatique et Genève : un anniversaire
A l'occasion de ses 10 ans, l'Institut suisse de bioinformatique vous propose une balade le long du génome humain. Du 1er au 30 septembre 2008 à Genève, 23 chromosomes semés dans un champ vous raconteront le monde minuscule des gènes et des protéines ainsi que celui toujours grandissant de la bioinformatique. Et pour attiser la curiosité des plus petits, un jeu de piste les fera courir d'un chromosome à l'autre en leur faisant palper ainsi du bout de leurs pieds, la complexité d'un univers invisible à nos yeux.


Cette exposition en plein air vous propose de découvrir le monde fascinant qui se cache au tréfonds de nos cellules. En vous conviant à une promenade au cœur de nos chromosomes, elle tente de lever le voile sur certains mécanismes de la vie.

Vous entrez dans l’exposition comme dans le noyau d’une cellule, où des ballons géants en forme de chromosomes vous accueillent. Chacune de nos 23 paires de chromosomes est symbolisée par un panneau. Sur chaque panneau vous pourrez découvrir :
1- un bref descriptif du chromosome (sa taille et ses principales caractéristiques)
2- une histoire illustrant la fonction d’une protéine ou un processus biologique et l’utilisation d’un outil bioinformatique. Comme par exemple: Pourquoi naissons-nous fille ou garçon ? Pourquoi avons-nous besoin de vitamine C ? Pourquoi parlons-nous ? Comment concevoir et tester de nouveaux médicaments ?
3- un espace réservé aux enfants (jeux, énigmes, anecdotes)

Ainsi, de chromosome en chromosome, vous partez à la découverte du génome humain et de la bioinformatique. Qu’est-ce que le génome humain ? Que peut-on faire avec les connaissances qui en découlent ? Comment remonter le fil du temps et étudier l’histoire de la vie ou de certains processus biologiques ? Quelles sont les applications et les perspectives pour la recherche scientifique et la médecine ? Et l’art dans tout ça ? Autant de questions auxquelles cette exposition tente de répondre.

Cette exposition a été conçue et réalisée à l’occasion des 10 ans de l’Institut Suisse de Bioinformatique (ISB). L’ISB est un institut académique à but non lucratif fédérant 25 groupes de recherches en Suisse et quelque 300 scientifiques affiliés aux meilleures universités et hautes écoles helvétiques. La recherche, la formation et l’offre de services (banques de données, logiciels, ressource de calculs informatiques) à la communauté scientifique académique et privée – en Suisse et dans le monde- sont ses principales activités.

Contact :
Institut Suisse de Bioinformatique
CMU, 1 Michel Servet
1211 Genève 4
Tél : 022 379 50 50
Email : sp_com@isb-sib.ch

Pour plus d’information sur l’exposition:
www.prolune.org : Dossier pédagogique.pdf Quelques caractéristiques des chromosomes humains à disposition)

Pour plus d’information sur l’ISB: www.isb-sib.ch


Qu'en faire avec mes classes ?

La visite vaut le déplacement et peut constituer une bonne introduction, elle aide à rendre plus concrets ces chromosomes, notamment en illustrant un aspect intéressant pour chacun des chromosomes avec le document caractéristiques des chromosomes humains.
Elle peut aussi être l'occasin d'une mise en questionnement.
Il y a un dossier pédagogique sur www.prolune.org.

Références
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vendredi 22 août 2008

L'oeil de la plie mais le créationiste ne rompt pas ?

L'oeil de la plie mieux expliqué : un chaînon manquant de moins et les créationistes plie..nt ?

Dans une récente news de nature Daniel Cressey rapporte qu' on a découvert deux fossiles de poisson plat dotés d'un oeil presque sur la tranche et que cela pourrait bien résoudre l'énigme qu'est - depuis Darwin déjà - l'évolution des yeux de poisson du même côté. Après le découvertes complétant le lignage des cétacés (cf bio-review du 14 avril ), les fossiles Heteronectes chaneti et Amhistium constituent encore un chaînon manquant de moins !

Fig 1 : durant le développement de Pleuronectes platessa (=carrelet : + d'infos ) , l'oeil gauche migre de l'autre côté pour finir à droite (Source : Cressey (2008)
En effet l'asymétrie des yeux des poissons plats (Plie, Sole, Turbot, etc) interpelle souvent : son utilité et son évolution n'apparaissent pas très évidents de prime abord.

Chez ces poissons, durant le développement, à partir d'une larve symétrique le crâne se remodèle et un oeil migre vers l'autre côté pour rejoindre l'oeil opposé. (cf images de cette modification crânienne ici (Schreiber, 2006)
Fig 2. Au cours du développement l'oeil droit migre à gauche chez Paralichthys lethostigma )= cardeau de floride +d'infos) (source Schreiber , 2006)


Dans une publication de Nature, Matt Friedman, à l'University of Chicago Illinois, a réanalysé des fossiles de l'Eocene (-47mio) et trouvé une nouvelle espèce dans les caves poussiéreuses d'un musée italien Heteronectes chaneti et d'un fossile à Londres, Amphistium


Fig 3 : Heteronectes chaneti est asymétrique et le fait que les 2 spécimens soient d'asymétrie égale indique qu'il ne s'agit pas de déformation par la fossilisation (Source : Friedmann, 2008)

Fig 4 : [Img + légende] Reconstruciton de Amphistium : les yeux sont encore sur des faces opposées, mais l'un a partiellement migré vers la tranche (Source : Friedmann, 2008)


Fig 5 : Chez Amphistium l'oeil sur la tranche pourrait servir selon Friedmann à voir des proies sur le sable (source Cressey 2008) comme le font certains poissons actuels.

Les créationnistes y croiront-ils ?
Ainsi le passage d'une symétrie vers les 2 yeux du même coté a bien dû se faire par étapes !
C'est encore un argument du répertoire des créationistes de plus qui tombe... Il semble qu'ils aiment bien mettre en évidence les zones d'incertitude de la science. Sans comprendre que l'incertitude est la preuve de la rigueur des la science: on veut avoir des preuves avant d'accepter. . "Ce qui n'est pas entouré d'incertitudes ne peut pas être la vérité" (Richard Feynmann, 92)
Il ne me semble pas qu'ils proposent beaucoup de solides preuves de leurs explications. Stratégiquement c'est toujours plus facile de demander à l'autre de prouver sa théorie que de démontrer la sienne...

Plus d'info
  • FIGURE 2. Phylogenetic placement of Heteronectes and Amphistium and implications for the origin of cranial asymmetry in flatfishes. (Matt Friedman, 2008)
  • Pleuronectes platessa Carrelet : + d'infos
  • Paralichthys lethostigma = cardeau de floride + d'infos

Sources
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