lu pour vous numéro 77

Détails

« Lu pour vous » n°77*

Sommaire

  • Astronomie : eau, le lointain écho des sources célestes. En 2010, les radiotélescopes de Bure repéraient de la vapeur d'eau autour d'une étoile. Depuis, chaque observation le confirme : l'Univers regorge d'eau.
    • Le bruit de l'eau dans l'atmosphère
    • A des microns près
    • Chaque source est observée pendant cinq à dix heures
    • Jusqu'au bord des trous noirs
    • Deux regards ultrasensibles
  • Astronomie : la plus longue année dans tout l'Univers
  • Agriculture-environnement : la vie extraordinaire des abeilles
    • Une petite bête à la tête bien faite
    • Apprentissage supérieur
    • Le calendrier perpétuel des ouvrières
    • Cahier pédagogique : la stricte harmonie de la ruche
    • Repères
  • Sciences-médecine : thérapie expérimentale du cancer, des tumeurs rétrécies par des bactéries

Astronomie : eau. Le lointain écho des sources célestes.

En 2010, les radiotélescopes de Bure repéraient de la vapeur d'eau autour d'une étoile. Depuis, chaque observation le confirme : l'Univers regorge d'eau.

lpv776A environ deux heures de Grenoble, Bure est un petit royaume de la radioastronomie perché à 2 550 mètres d'altitude. Seuls le vent et le doux ronronnement des moteurs qui gouvernent les mouvements lents des antennes viennent troubler cette solitude rocheuse. C'est ici, dans ce lieu quasi lunaire, qu'a été réalisée l'une des toutes premières détections d'eau dans l'Univers profond depuis la Terre.

Car c'est maintenant une certitude : il y a de l'eau partout dans le Cosmos. Et sous toutes ses formes. Certes, en dehors de la Terre, l'eau liquide n'aurait été repérée que dans le Système solaire, notamment sur Europe et Ganymède, satellites de Jupiter, ainsi que sur Titan et Encelade, lunes de Saturne. Mais, de la glace et de la vapeur d'eau ont pu être signalées jusque dans les plus lointaines galaxies, et même au cœur des étoiles naissantes. C'est ainsi qu'il y a deux ans, à Bure, une équipe européenne a pu localiser de grandes quantités d'eau dans un système planétaire en formation autour de la toute jeune étoile NGC1333 IRAS4B, « un endroit où l'on pensait qu'elle ne pouvait exister que sous forme de glace, indétectable par nos instruments », précise Roberto NERI, astronome à l'I.R.A.M. (Institut de Radio- Astronomie Millimétrique) de Grenoble. La seule eau visible en radioastronomie est en effet la molécule de vapeur qui rayonne dans le domaine millimétrique. Cette fois, le poupon-étoile avait tellement chauffé son environnement qu'il avait transformé la glace en vapeur.

 

Le bruit de l'eau dans l'atmosphère.

Pour les radioastronomes, débusquer de l'eau extraterrestre nécessite ruses et gymnastique astronomique. Leur premier handicap, c'est l'eau elle-même ; la nôtre : celle qui compose en grande partie notre atmosphère sous forme de vapeur et génère du « bruit », de la même manière que la lumière des villes perturbe les télescopes. Comment distinguer en effet la trace d'une molécule d'eau terrestre de celle venue d'un monde lointain de milliards de kilomètres ? Le second handicap vient du fait que la radioastronomie millimétrique n'a accès au Cosmos « aquatique » que par quatre minces fenêtres du spectre radio. En dehors de ces créneaux, c'est la nuit noire ... car l'atmosphère absorbe toute radiation millimétrique, et donc les éventuels signaux de molécules d'eau.

Dans cette quête délicate, les astronomes peuvent s'appuyer, à Bure, sur un équipement de pointe. Car bien que conçues dans les années 1980, les antennes, d'un diamètre de 15 mètres chacune, n'en sont pas moins des instruments d'avant-garde. Elles ont d'ailleurs servi de modèle à celles d'Alma, le grand télescope à Atacama, au Chili (Atacama Large Millimeter Array) à 2 100 mètres d'altitude. Leur structure en fibre de carbone est recouverte d'une fine couche d'aluminium « qui a une réflexivité quasi parfaite aux ondes radio », souligne Roberto NERI.

A des microns près.

La qualité de ses observations dépend de la perfection de la forme de ces instruments ; des monstres de 130 tonnes dont la précision doit être inférieure à 50 microns pour le « miroir » principal et 10 microns pour le second. Chacune des antennes est composée de 176 panneaux manœuvrés chacun par cinq moteurs. Soit une mécanique pilotée à quelques microns près dans des conditions extrêmes, puisque le plateau de Bure subit parfois des vents de plus de 200km/h et des givres de – 25°C. Chaque parabole peut coulisser le long d'un rail selon une configuration définie pour chaque observation. « Lorsqu'on manipule, explique Sophie LEONARDON, il faut mesurer les emplacements avec une précision de 1/10e de millimètre, ainsi que les distances qui les séparent, pour connaître le décalage temporel existant entre elles et les sources du ciel. »

Dans le bâtiment principal palpite le cœur du mécanisme : le corrélateur, une série d'appareils reliés entre eux qui mesurent la ressemblance entre les signaux observés par chaque couple d'antennes. « C'est le taux de ressemblance qui permet de reconstituer l'image finale », explique Roberto NERI. Les six antennes sont pointées vers la même source dans l'espace, mais comme elles sont disposées au même endroit, le signal ne leur parvient pas au même moment. Le corrélateur doit donc tenir compte de l'infime délai existant entre leurs mesures.

Chaque source céleste est observée pendant cinq à dix heures.

« Le vent, la neige et la pluie nuisent à la précision de l'instrument, rappelle Sophie LEONARDON. Le bon fonctionnement de l'ensemble nécessite un équilibre entre les facteurs extérieurs et des matériaux délicats. Un miracle quotidien !

Les données sont ensuite stockées et acheminées directement à Grenoble, où elles font le miel des astronomes. Longtemps, ceux-ci ont pisté la trace de molécules d'eau. En vain. Ils ne cherchaient pas le bon signal. En effet, « pour que le rayonnement émis par la vapeur d'une source extraterrestre ne tombe pas au bord, mais en plein dans l'une des fameuses fenêtres d'accès, il est important qu'il soit décalé vers le rouge (observé à fréquence plus basse) ou vers le bleu (observé à fréquence plus haute) », explique Roberto NERI. Cela vise donc notamment les objets basés dans l'Univers lointain, dont les émissions sont décalées vers le rouge, comme par effet Doppler. L'ennui, c'est que « plus l'objet est éloigné, note R. NERI, plus le signal est affaibli en arrivant sur Terre. Pour voir de l'eau dans les galaxies lointaines, il faut donc qu'il y en ait des quantités phénoménales. »

Jusqu'au bord des trous noirs

Si la molécule d'eau la plus abondante est en effet celle qui est formée de l'isotope 16 de l'oxygène, il en existe une autre forme, avec un isotope 18, cinq fois plus rare sur Terre. Surtout sa signature spectrale tombe pile dans l'une des fenêtres d'observation. C'est cette « forme » d'eau qui a précisément été repérée dans le disque de NGC1333 IRAS4B il y a deux ans.

Une date-clef. A partir de là, la détection d'eau dans l'Univers s'est considérablement accélérée. « On en a déjà trouvé dans une dizaine de galaxies, remarque R. NERI. L'une d'entre elles est à une distance correspondant à un Univers âgé de seulement 870 millions d'années. Ce qui veut dire que la molécule d'eau était déjà présente en quantités considérables peu de temps après le Big Bang ! » Si l'on sait désormais qu'il y a de la glace presque partout dans le système Solaire, ce que l'on trouve dans les galaxies lointaines « dépasse d'un facteur 100 à 1 000 tout ce qu'il y a dans notre Galaxie » ; on en a même détecté autour de trois trous noirs !

A environ 1,5 millions de kilomètres de la Terre, le télescope européen Herschel traque également, depuis 2009, l'eau cosmique. Et sa moisson est quasi miraculeuse. Lors d'un colloque à Grenoble en 2012, les scientifiques ont ainsi pointé l'omniprésence de l'eau dans les zones de formation d'étoiles, notamment dans les disques de matière qui les entourent et formeront ensuite des planètes et des lunes. Mieux, Herschel a découvert de grandes quantités d'eau au sein de jeunes systèmes planétaires, lorsque les pluies de comètes peuvent commencer à former des océans. Conséquence : puisque l'eau autorise la mise en place d'une chimie organique qui compose les briques essentielles de la vie, « cela montre que le pas à faire pour fabriquer de la vie est sans doute très petit, s'enthousiasme Roberto NERI. Cela signifie peut-être que la vie s'est répétée dans d'innombrables galaxies. ».

Explication : il y a eau ... et eau. Lorsque les astronomes ont ponté une source extraterrestre, ils doivent s'assurer que les molécules détectées ne parviennent pas d'un nuage remonté de la vallée ! Pour ce faire, ils vérifient l'identité de l'eau : para ou ortho.
Car il y a l'eau parallèle et l'eau ortho. Les moments magnétiques des constituants de l'eau font que certains nucléons tournent dans un sens pour la première et dans l'autre pour la seconde. « Or, sur Terre, il y a trois fois plus de molécules d'eau sous forme ortho, indique Roberto NERI. Donc, lorsqu'on détecte de grandes quantités d'eau para, cela indique qu'elle a vraisemblablement une origine extraterrestre. »

Source : SCIENCE et AVENIR - Hors-série n° 172, septembre-octobre 2012, reportage au plateau de Bure Sylvie ROUAT.

Deux regards ultrasensibles.

L'astronomie millimétrique permet de détecter les constituants fondamentaux des objets spatiaux, comme les gaz moléculaires et atomiques, la poussière et depuis peu ... l'eau.

Jusqu'en 2012, l'observatoire de Bure était l'instrument le plus sensible au monde. Depuis peu, le radiotélescope interférométrique alma 5Atacand Large Millimeter Array), en construction au Chili, à 5 100 mètres d'altitude, a pris la première place. Il disposera fin 2013 de 66 antennes de 7 et 12 mètres.

Bure, via le projet Noema (Northern Extended Millimeter Array) disposera de six nouvelles paraboles de 15 mètres, d'une nouvelle génération de récepteurs et pourra doubler la voie de déplacement des antennes. L'ensemble permettra un gain de facteur 4 en finesse des détails et en sensibilité pour étudier des objets plus faibles ou plus lointains dans un volume de l'Univers huit fois plus grand !

La construction au budget de 46 millions d'euros, la mise en service de la première antenne est prévue au printemps 2014.

Astronomie : la plus longue année dans tout l'Univers.

Sur l'exo-planète « GUPsc b « il faut 163 000 années terrestres pour voir passer le printemps, l'été, l'automne et l'hiver. C'est l'année la plus longue dans l'Univers.

Le corps céleste de la Voie Lactée, découvert depuis peu, tourne autour de son étoile à une distance 2 000 fois supérieure à celle de la Terre autour du Soleil.

Source : Der Spiegel magazine, n° 25/2014, page 125, info non signée.

Agriculture- environnement : la vie extraordinaire des abeilles.

lpv772Intelligence collective : les dernières découvertes. Un cerveau à 1 million de neurones. Le prodige de la pollinisation.

Communication : pour indiquer à leurs sœurs un gisement de nourriture, les abeilles dansent. Un code identifié il y a un siècle, aujourd'hui exploré par les neurosciences.

Au printemps 1919, dans le jardin de zoologie de Munich - après avoir marqué quelques abeilles - le jeune naturaliste Karl VON FRISCH installe la ruche expérimentale vitrée qui lui permet d'observer in situ leur comportement. Non loin, il place une coupelle d'eau sucrée. Quelques abeilles viennent s'y nourrir. VON FRISCH cesse alors l'apport de nourriture, et les abeilles désertent la coupelle. Quelque temps après, il la remplit à nouveau, et observe le retour à la ruche d'une abeille marquée, partie en éclaireuse vers le garde-manger. « L'abeille, raconte-t-il, se mit à danser en rond, entourée des abeilles marquées qui témoignèrent d'une grande excitation, et provoqua leur envol vers la coupelle pleine. Cette observation fut la plus féconde de toute ma vie. »

Et pour cause : il venait de découvrir que les éclaireuses signalent à leurs congénères la présence de sources de nourriture par un comportement codifié.

VON FRISCH n'est pas au bout de ses surprises. De nouvelles expériences, d'une lumineuse simplicité, lui révèlent l'existence d'une deuxième danse, « frétillante », lorsque la source de nourriture est éloignée de la ruche. Cette fois, l'abeille se déplace en ligne droite tout en faisant osciller son abdomen et vibrer ses ailes, puis décrire un demi-cercle, revient à son point de départ, repart en ligne droite, décrit un demi-cercle en sens opposé, et ainsi de suite (voir infographie). La distance à laquelle se trouve la source de nourriture est donnée par le rythme de la danse : plus cette distance est élevée, plus le rythme est lent. La danse indique aussi, par son inclinaison, la direction de la source de nourriture.
Comme tout se passe dans l'obscurité de la ruche, ce n'est pas visuellement que les autres abeilles prennent connaissance du message des éclaireuses, mais grâce à toute une série de signaux tactiles, dont certains sont encore aujourd'hui mal connus, comme la perception des vibrations, les contactes antennaires, etc. « La danse frétillante, avec son parcours rectiligne plein de fougue, la ronde et ses orbites circulaires semblent inviter à l'action avec une clarté tellement symbolique qu'elle nous étonne », écrit VON FRISCH.

La découverte majeure vaudra à VON FRISCH le prix Nobel de physiologie et médecine en 1973, qu'il partagera avec deux autres ethnologues célèbres, Konrad LORENZ et Nikolaus TINBERGEN.

Source : SCIENCE et AVENIR - Hors-série, n° 175, juillet-août 2013, par Jean-François HAIT.

Une petite bête à la tête bien faite.

A Toulouse, une équipe de chercheurs sonde le cerveau de l'abeille et teste ses capacités cognitives. L'insecte montre des aptitudes si remarquables qu'elles remettent en question nos certitudes sur l'intelligence.

Sa principale qualité pour les chercheurs : un mini-cerveau, mais de maxi-capacités. Son cerveau ne contient que 900 000 neurones environ dans 1 millimètre cube, contre 100 milliards pour un être humain, ce qui le rend plus simple à explorer. Mais cette petite taille n'empêche pas l'insecte de faire preuve d'aptitudes cognitives remarquables, qu'elles soient individuelles ou collectives. A commencer par la reconnaissance des couleurs qui permet de distinguer les fleurs les plus riches en nectar et pollen puisque celles-ci, par un phénomène de coévolution, se parent de couleurs vives pour attirer un maximum de pollinisateurs. Surtout, l'abeille est capable d'apprendre : on peut l'entraîner à reconnaître et associer des saveurs, des couleurs, des formes et des odeurs.

C'est une travailleuse infatigable. Une abeille qui part en quête de nourriture ne le fait pas pour elle seule, mais pour l'ensemble de la ruche. Elle n'est pas rassasiée après un voyage, mais en entreprend des centaines dans une seule journée.
Apprentissage supérieur.

Quant au dernier résultat obtenu au laboratoire dans ce domaine, et publié en 2012, il est encore plus spectaculaire. Il montre que les abeilles sont capables d'élaborer des concepts abstraits comme « au-dessus de » et « à côté de » et de les généraliser. De quoi remettre en question quelques-unes des certitudes humaines sur notre intelligence.

Source : SCIENCE et AVENIR - Hors-série, n°173, juillet-août 2013, signé Jean-François HAIT.

Apprentissage supérieur

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Le calendrier perpétuel des ouvrières

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Cahier pédagogique : la stricte harmonie de la ruche

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Repères

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Sciences-médecine : thérapie expérimentale du cancer, des tumeurs rétrécies par des bactéries

L'idée que des bactéries pourraient détruire des cellules cancéreuses était longtemps tombée dans l'oubli. Maintenant, des chercheurs ont ébauché une thérapie et ont obtenu les premiers succès. Des tests sont en cours.

Certaines bactéries peuvent détruire des tumeurs de l'intérieur. Des chercheurs ont testé ces possibilités de combattre le cancer sur des rats, des chiens et sur un patient. Les résultats sont encourageants, même si d'autres études pour la sécurité et l'efficacité du procédé sont encore nécessaires, relatent les scientifiques dans la revue « Science Translational Medecine ».

L'équipe de Nicolas ROBERTS du Johns Hopkins Sidney Kimmel Cancer Center à Baltimore (état US du Maryland) ont utilisé des bactéries Clostridium novy. Elles sont anaérobes, c'est-à-dire qu'elles se multiplient uniquement dans un milieu pauvre en oxygène, comme au centre des tumeurs.

D'abord, les chercheurs ont modifié génétiquement les bactéries, pour qu'elles ne forment pas un certain élément toxique. Ensuite, ils testent la thérapie bactérienne sur des rats. Ils injectent des « spores », bactéries dans un état de développement dans lequel elles ne se divisent pas, dans des tumeurs cérébrales préalablement induites. Là, les « spores » se transforment à nouveau dans des bactéries capables de se diviser et ont rétréci la tumeur de l'intérieur. Des cellules saines, situées à quelques micromètres des cellules tumorales, n'ont pas été touchées.

Ensuite, les chercheurs ont testé le procédé sur des chiens. Les tumeurs des chiens sont semblables à celles des humains. Sur six chiens sur 16, la thérapie a montré son efficacité en trois semaines ; chez trois animaux les tumeurs ont disparu complétement, chez trois autres elles se sont rétrécies d'au moins un tiers. La majorité des chiens a réagi au traitement comme à une infection bactérienne typique, avec de la fièvre et des inflammations.

Enfin, les scientifiques ont traité un humain, une femme avec une mauvaise tumeur musculaire, en continuelle propagation, malgré plusieurs opérations, chimiothérapie et irradiation. Les chercheurs ont injecté les « spores » dans une métastase à l'épaule. Elle aussi a eu de la fièvre et une forte inflammation, mais la tumeur s'est rétrécie considérablement.

Le mécanisme de destruction des tumeurs est encore mal connu. On suppose qu'il tue directement les cellules cancéreuses provocant une réaction de défense du système immunitaire contre la tumeur.

Source : Der Spiegel on line, sciences du 17 août 2014, signé JME/DPA

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