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L’étude établit un lien entre la génétique des arbres et les modèles de biodiversité
Des efforts de recherche détaillés aideront à éclairer les efforts de reboisement
Une nouvelle étude d’un chercheur de l’Université de Géorgie nous demande d’imaginer. En considérant chaque arbre comme un monde qui héberge ses propres populations d’insectes et de champignons – et en examinant la diversité génétique qui sous-tend ces communautés – nous pouvons mieux comprendre le rôle que jouent les arbres dans l’écosystème plus large. (Photo de Robert Miller, Creative Commons/flickr.com)
ATHENS, GA – Il est facile de considérer les arbres comme faisant partie du paysage. Et si les arbres étaient le paysage ?
C’est ce que Nouvelle étude Par un chercheur de l’Université de Géorgie nous demandant d’imaginer. En considérant chaque arbre comme un monde qui héberge ses propres populations d’insectes et de champignons – et en examinant la diversité génétique qui sous-tend ces communautés – nous pouvons mieux comprendre le rôle que jouent les arbres dans l’écosystème plus large.
Mais ensuite, l’étude a poussé le concept un peu plus loin, élargissant l’objectif pour étudier l’impact de la génétique des arbres sur les communautés d’une grande partie du sud-ouest de l’Amérique du Nord. C’est la première fois que des chercheurs établissent un lien entre la variation génétique des arbres et la biodiversité des communautés à l’échelle continentale.
« Comprendre cette relation entre les génotypes d’arbres et les organismes qu’ils soutiennent fournit une feuille de route plus complète pour les efforts de reboisement qui soutiennent également des écosystèmes sains », a déclaré Helen Bothwell, professeur adjoint à l’UGA Warnell School of Forestry and Natural Resources et auteur principal de l’étude. .
« La diversité engendre la diversité. Nous savons que différentes communautés se regroupent sur différents génotypes d’arbres, et nous pouvons maintenant montrer que cette relation s’étend pour affecter la conservation de la biodiversité, même à très grande échelle. La plantation de divers stocks de reboisement est essentielle pour maintenir la richesse des pollinisateurs et prédateurs qui, à leur tour, fournissent des services précieux à nos systèmes agricoles et servent de source de nourriture pour les oiseaux et la faune.
L’étude portait sur le coton
Bothwell et ses collaborateurs ont collecté des centaines d’échantillons d’arbres sur plus de 50 sites en Californie, au Nevada, en Utah, en Arizona et dans le nord du Mexique. Ils se sont concentrés sur les peupliers, qui sont un type essentiel d’écosystèmes riverains dans cette région. Ces corridors fluviaux sont des oasis et des points chauds de la biodiversité dans le paysage sec et rocheux environnant. Mais ces taches vertes sont parmi les plus menacées aux États-Unis, avec moins de 3 % restants de leur distribution d’avant le XXe siècle.
Les demandes de développement, la consommation d’eau et le stress du changement climatique menacent également l’habitat du peuplier. Mais les conclusions de l’étude, qui a été publiée en mai dans la revue Les forêtspeut aider à guider les efforts de reboisement et à créer des bosquets de peupliers plus résistants à l’avenir.
Elle a déclaré que de nombreuses études antérieures ont documenté de fortes relations entre les génotypes d’arbres et les communautés d’invertébrés et de champignons à l’échelle d’un arbre individuel dans les jardins communaux. Les jardins communs sont un outil précieux pour étudier les effets génétiques; En cultivant les plantes dans un environnement commun, toute variation restante est due à des influences génétiques. Mais maintenant, les chercheurs voulaient voir si les insectes et les champignons pouvaient encore repérer cette différence en dehors des limites soignées du jardin, où le chaos de la nature règne en maître.
« Nous voulions voir comment ces communautés d’insectes et de champignons sont liées à la gestion des espèces à une très grande échelle continentale. Par exemple, les communautés réagissent-elles encore aux différences entre des groupes entiers d’arbres ? Différents bassins versants ? Ou même de grandes zones géographiques, comme celle du Sud-Ouest américain Tout le Nord ? », a déclaré Bothwell.
Après avoir collecté des échantillons d’arbres, d’insectes et de champignons, les chercheurs ont commencé à remarquer l’émergence de modèles, par exemple, que les caractéristiques de certains arbres correspondaient à des populations particulières d’insectes ou de champignons.
« Nous avons donc lié des schémas génétiques à des schémas chez les membres d’une communauté ; ces relations étaient très fortes au niveau local, mais à mesure que nous nous développions, la diversité écologique avait un plus grand impact »,
L’impact des arbres sur la biodiversité régionale
Mais malgré l’augmentation du bruit environnemental, ils étaient toujours capables de détecter l’impact de la génétique des arbres sur les communautés à très grande échelle, dans tout le sud-ouest des États-Unis et au Mexique. C’est surprenant, dit-elle, et souligne l’importance de tenir compte de l’impact des arbres lorsqu’on essaie de conserver la biodiversité régionale.
Elle a ajouté que ces connaissances pourraient influencer les futurs efforts de reboisement et de conservation dans ces écosystèmes de peupliers en voie de disparition. Au lieu de récolter des graines uniquement dans les forêts voisines, les gestionnaires des terres peuvent se tourner vers les zones voisines pour stimuler les gènes des arbres.
« Avec le changement climatique, il est reconnu que la région locale n’est peut-être pas meilleure – les arbres peuvent maintenant être » inadaptés localement « à l’endroit où ils ont été fondés il y a 50 ou 100 ans », a déclaré Bothwell. « Donc, si vous allez planter pour le futur changement climatique, une option consiste à adopter une approche étape par étape en collectant des graines localement et dans des zones proches avec, par exemple, des températures plus similaires à celles prédites par les modèles climatiques à 50 ans. En adoptant une approche hybride, vous préservez la diversité génétique locale tout en incluant des arbres qui pourraient mieux résister aux contraintes des climats futurs.
Bothwell a ajouté que la perte d’un arbre tel que le peuplier serait dévastatrice pour le paysage du sud-ouest, en raison de la richesse des plantes, des champignons, des insectes et de la faune qui lui sont associés. En comprenant mieux les forces qui affectent les arbres, les gestionnaires des terres peuvent également mieux préserver les plantes et les animaux qui vivent autour d’eux.
Les communautés qui utilisent les arbres comme habitat prêtent attention à la diversité qu’ils abritent. En bref, a déclaré Bothwell, planter divers arbres soutient diverses communautés.
« C’est un puissant modèle de conservation ; vous pouvez le considérer comme un parapluie. » « Si nous comprenons les systèmes forestiers et travaillons à leur conservation, nous pouvons également fournir des avantages de conservation à des communautés entières d’organismes sur lesquelles nous n’avons ni le temps ni les ressources pour nous concentrer individuellement. Vous pouvez obtenir plus de conservation pour votre argent en vous concentrant sur la gestion génétique pour conserver les espèces essentielles. » Les espèces qui ont un impact significatif sur leurs écosystèmes, comme les arbres.
Christine Morales, Université de Géorgie
« Spécialiste de la télévision sans vergogne. Pionnier des zombies inconditionnels. Résolveur de problèmes d’une humilité exaspérante. »
Des chercheurs de l’ETH Zurich ont montré pour la première fois comment les électrons forment des tourbillons dans un matériau à température ambiante. Leur expérience a utilisé un microscope à détection quantique à extrêmement haute résolution.
Lorsqu’un conducteur électrique ordinaire – tel qu’un fil métallique – est connecté à une batterie, les électrons du conducteur sont accélérés par le champ électrique généré par la batterie. Lorsqu’ils se déplacent, les électrons entrent fréquemment en collision avec des atomes d’impuretés ou des lacunes dans le réseau cristallin du fil, convertissant une partie de leur énergie cinétique en vibrations du réseau. L’énergie perdue au cours de ce processus se transforme en chaleur qui peut être ressentie, par exemple, en touchant une ampoule à incandescence.
Alors que les collisions avec les impuretés du réseau se produisent fréquemment, les collisions entre électrons sont beaucoup plus rares. Cependant, la situation change lorsque le graphène, une seule couche d’atomes de carbone disposés dans un réseau en nid d’abeilles, est utilisé à la place d’un fil de fer ou de cuivre ordinaire. Dans le graphène, les collisions d’impuretés sont rares et les collisions entre électrons jouent le rôle principal. Dans ce cas, les électrons se comportent comme un fluide visqueux. Par conséquent, des phénomènes d’écoulement bien connus, tels que des tourbillons, devraient se produire dans la couche de graphène.
Dans un rapport publié dans la revue scientifique Science, des chercheurs de l’ETH Zurich du groupe de Christian Degen ont pu pour la première fois détecter directement des vortex électroniques dans le graphène, à l’aide d’un capteur de champ magnétique à haute résolution.
Microscope à détection quantique haute sensibilité
Les vortex se sont formés en petits disques circulaires, que Degen et ses collègues ont attachés pendant le processus de fabrication à un ruban de graphène conducteur d’à peine un micromètre de large. Les disques avaient différents diamètres allant de 1,2 à 3 µm. Les calculs théoriques indiquent que des vortex électroniques devraient se former dans les disques plus petits, mais pas dans les disques plus grands.
Pour rendre les vortex visibles, les chercheurs ont mesuré de petits champs magnétiques produits par les électrons circulant dans le graphène. À cette fin, ils ont utilisé un capteur de champ magnétique quantique constitué d’un centre dit de lacune d’azote (NV) intégré dans la pointe d’une aiguille en diamant. Étant un défaut atomique, le centre NV se comporte comme un objet quantique dont les niveaux d’énergie dépendent d’un champ magnétique externe. À l’aide de faisceaux laser et d’impulsions micro-ondes, les états quantiques du centre peuvent être préparés de manière à être le plus sensible possible aux champs magnétiques. En lisant les états quantiques avec un laser, les chercheurs ont pu déterminer très précisément l’intensité de ces champs.
« Grâce aux petites dimensions de l’aiguille en diamant et à la faible distance de la couche de graphène – environ 70 nanomètres seulement – nous avons pu rendre visibles les courants électroniques avec une résolution inférieure à une centaine de nanomètres », explique Marius Palm, ancien chercheur. scientifique. Doctorant chez Degen Group. Cette résolution est suffisante pour voir les tourbillons.
Sens d’écoulement inversé
Dans leurs mesures, les chercheurs ont remarqué un signe distinctif des tourbillons attendus dans les disques plus petits : une inversion de la direction du flux. Alors que dans le transport normal (diffus) des électrons, les électrons dans la bande et le disque circulent dans la même direction, dans le cas d’un vortex, le sens du flux à l’intérieur du disque est inversé. Comme le prédisaient les calculs, aucun tourbillon n’a pu être observé dans les disques les plus grands.
« Grâce à notre capteur très sensible et à notre haute résolution spatiale, nous n’avons même pas eu besoin de refroidir le graphène et avons pu réaliser des expériences à température ambiante », explique Palm. De plus, lui et ses collègues ont découvert non seulement des vortex électroniques, mais également des vortex formés par des porteurs de trous. En appliquant une tension sous le graphène, ils ont modifié le nombre d’électrons libres de telle manière que le flux de courant n’était plus transporté par les électrons, mais par les électrons manquants, également appelés trous. Ce n’est qu’au point de neutralité de charge, où se trouve une petite concentration équilibrée d’électrons et de trous, que les vortex ont complètement disparu.
« À l’heure actuelle, la détection des vortex électroniques constitue une recherche fondamentale, et de nombreuses questions restent encore en suspens », explique Palm. Par exemple, les chercheurs doivent encore savoir comment les collisions d’électrons avec les limites du graphène affectent le modèle d’écoulement et quels effets se produisent dans les structures plus petites. La nouvelle méthode de détection utilisée par les chercheurs de l’ETH permet également d’examiner de plus près de nombreux autres effets exotiques de transfert d’électrons dans des structures microscopiques – des phénomènes qui se produisent à des échelles de longueur allant de plusieurs dizaines de nanomètres à quelques micromètres.
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La recherche sur la structure des centromères donne de nouvelles informations sur les mécanismes des erreurs de ségrégation chromosomique
Des chercheurs du groupe COPS, en collaboration avec des chercheurs de l’Université d’Édimbourg, ont fait une nouvelle découverte surprenante dans la structure du centromère, la structure impliquée pour garantir que les chromosomes se séparent correctement lorsqu’une cellule se divise. Des erreurs dans la ségrégation des chromosomes peuvent entraîner la mort cellulaire et le développement d’un cancer. Les chercheurs ont découvert que le centromère se compose de deux sous-domaines. Cette découverte fondamentale a des implications importantes pour le processus de ségrégation des chromosomes et fournit de nouveaux mécanismes sous-jacents aux divisions défectueuses des cellules cancéreuses. La recherche a été publiée dans cellule Le 13 maioui 2024.
Notre corps est constitué de milliards de cellules, dont la plupart ont une durée de vie limitée et doivent donc se reproduire pour remplacer les vieilles cellules. Ce processus de reproduction est appelé division cellulaire ou mitose. Lors de la mitose, la cellule mère duplique ses chromosomes afin de transmettre le matériel génétique aux cellules filles. Les paires de chromosomes identiques qui en résultent, les chromatides sœurs, sont maintenues ensemble par une structure appelée centromère. Les chromatides sœurs doivent ensuite être divisées à parts égales entre les deux cellules filles pour garantir que chaque cellule fille est une copie exacte de la cellule mère. Si des erreurs se produisent lors de la ségrégation, une cellule fille aura trop de chromosomes, tandis que l’autre en aura trop peu. Cela peut conduire à la mort cellulaire ou au développement d’un cancer.
Le rôle du centromère
Le centromère est une partie du chromosome qui joue un rôle essentiel dans la ségrégation des chromosomes pendant la mitose. Le processus de division des chromatides sœurs sur les cellules est dirigé par l’interaction entre les centromères et les structures appelées microtubules du fuseau. Ces microtubules fusiformes sont responsables du désassemblage des chromatides et ainsi de la séparation des chromatides sœurs. « Si l’attachement du centromère aux microtubules du fuseau ne se produit pas correctement, cela conduit à des erreurs de ségrégation chromosomique fréquemment observées dans le cancer », explique Carlos Sacristan Lopez, premier auteur de cette étude. Comprendre la structure des centromères peut contribuer à mieux comprendre la fonction des centromères et son rôle dans la mauvaise ségrégation des chromosomes.
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Pour étudier la structure du centromère, les chercheurs ont utilisé une combinaison de techniques d’imagerie et de séquençage. L’imagerie par microscopie à super-résolution a été réalisée à l’Institut Hubrecht, tandis que le groupe de Bill Earnshaw effectuait le séquençage. Cette collaboration a conduit à une nouvelle découverte surprenante dans la structure du centromère. On pensait auparavant qu’il s’agissait d’une structure compacte attachée à des microtubules multi-fuseaux, mais il s’est avéré que le centromère était constitué de deux sous-domaines. « C’était une découverte très surprenante, car les sous-domaines lient les microtubules indépendamment les uns des autres », explique Carlos. Cependant, pour former les bonnes associations, ils doivent rester étroitement liés. Cependant, dans les cellules cancéreuses, on observe souvent que les sous-domaines ne sont pas associés, conduisant à de fausses associations et à des erreurs de ségrégation chromosomique.
Cette découverte passionnante et très fondamentale contribue à notre compréhension de l’origine des erreurs de ségrégation chromosomique qui apparaissent fréquemment dans le cancer.
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Une nouvelle étude a mis en lumière la façon dont certains vers marins forment des poils, qui sont des protubérances ressemblant à des poils de chaque côté.
Une équipe de chercheurs, dirigée par le biologiste moléculaire Florian Raebel des laboratoires Max Perutz de l’université de Vienne, a utilisé des techniques d’imagerie avancées pour étudier de près Platinieris DumerelliCe qui est souvent considéré comme un fossile vivant.
Ces annélides possèdent des poils inhabituels qui leur permettent de naviguer dans leur environnement aquatique. Mais comment se forment ces structures complexes ? Il s’avère que ces espèces développent leurs poils morceau par morceau, à la manière du processus d’impression 3D.
Processus naturel complexe
Les chitoplastes, cellules spécialisées des vers, contrôlent ce processus biologique. Ces cellules produisent de la chitine, une substance fibreuse et résistante qui joue un rôle clé dans la formation des cheveux.
« Le processus commence par la pointe des poils, suivi par la section centrale et enfin par la base des poils. Les parties terminales sont poussées de plus en plus loin du corps. Dans ce processus de développement, des modules fonctionnels importants sont créés un par un, pièce par pièce, ce qui est similaire à l’impression 3D.
Cette biogenèse est un processus complexe. Ces cellules chitoplastes sont composées de longues structures superficielles appelées microvillosités. Les microvillosités chitoplastes contiennent une enzyme spéciale nécessaire à la formation de chitine.
Tout comme les buses d’une imprimante 3D, ces microvillosités sculptent avec précision les filaments, couche par couche.
« Notre analyse suggère que la chitine est produite par des microvillosités individuelles de la cellule chitoplaste », a déclaré Raible.
Le changement précis du nombre et de la forme de ces microvillosités au fil du temps était donc essentiel à la formation des structures géométriques des filaments individuels, telles que les dents individuelles à l’extrémité des filaments, qui étaient précises jusqu’à l’échelle submicrométrique. Il ajouta.
Cette compréhension peut conduire à la création de produits médicaux
Fait intéressant, en quelques jours, ces structures passent de la formation initiale à la pleine maturité, prêtes à assister le ver dans sa vie aquatique. De plus, les poils peuvent avoir différentes formes et longueurs.
À mesure que le ver mûrit, la forme de ses poils peut changer radicalement. Par exemple, ils peuvent devenir plus courts ou plus longs, plus pointus ou plats, selon les besoins du ver et les conditions environnementales.
Les chercheurs ont révélé les secrets de la formation des cheveux grâce à des techniques d’imagerie avancées.
Ils ont créé des modèles 3D détaillés à l’aide de la microscopie électronique à balayage en série du visage, fournissant ainsi des informations sans précédent sur ce processus biologique.
Il est intéressant de noter que l’équipe souligne que la compréhension de ce processus biologique pourrait conduire au développement de nouveaux produits médicaux et de matériaux naturellement biodégradables à l’avenir.
Selon communiqué de presseLa chitine molle trouvée dans le calmar est déjà utilisée « comme matière première pour la production de pansements bien tolérés ».
Ce travail de recherche a été réalisé en coopération avec l’Université d’Helsinki, l’Université de technologie de Vienne et l’Université Masaryk de Brno.
Les résultats ont été publiés dans la revue Communication naturelle.
À propos de l’éditeur
Mrigakshi Dixit Mrijakshi est un journaliste scientifique qui aime écrire sur l’exploration spatiale, la biologie et les innovations technologiques. Son expérience professionnelle inclut à la fois les médias audiovisuels et numériques, ce qui lui a permis d’apprendre une variété de formats de narration. Ses travaux ont été publiés dans des publications bien connues, notamment Nature India, Supercluster et Astronomy. Si vous avez des offres en tête, n’hésitez pas à leur envoyer un email.
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