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Cinq avancées majeures des cinq dernières années

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Cinq avancées majeures des cinq dernières années

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Il y a encore beaucoup de choses que nous ne comprenons pas sur l’origine de la vie sur Terre.

La définition même de la vie est source de débat parmi les scientifiques, mais la plupart des chercheurs s’accordent sur les composants fondamentaux d’une cellule vivante. L’eau, l’énergie et certains éléments de base sont les conditions de base pour l’émergence des cellules. Cependant, les détails exacts de la manière dont cela se produit restent un mystère.

Des recherches récentes se sont concentrées sur la tentative de recréer en laboratoire les réactions chimiques qui composent la vie telle que nous la connaissons, dans des conditions plausibles pour la Terre primitive (il y a environ 4 milliards d’années). Les expériences sont devenues de plus en plus complexes, grâce aux progrès technologiques et à une meilleure compréhension des conditions primitives de la Terre.

Cependant, loin de rassembler les chercheurs et de trancher le débat, l’émergence des travaux expérimentaux a donné naissance à de nombreuses théories contradictoires. Certains scientifiques pensent que la vie est apparue dans les profondeurs marines Sources hydrothermalesOù les conditions fournissaient l’énergie nécessaire. D’autres le pensent Sources chaudes sur terre Cela aurait fourni un meilleur environnement car il est plus susceptible de contenir des molécules organiques que des météorites. Ce ne sont que deux possibilités à l’étude.

Voici cinq des découvertes les plus marquantes de ces cinq dernières années.

Réactions dans les premières cellules

Quelle est la source d’énergie qui a déclenché les réactions chimiques lorsque la vie est apparue ? C’est l’énigme qu’un Équipe de recherche en Allemagne Il cherchait à découvrir. L’équipe a étudié la faisabilité de 402 réactions connues pour former certains des composants essentiels de la vie, par ex. Nucléotides (élément constitutif de l’ADN et de l’ARN). Ils l’ont fait en utilisant certains des objets les plus courants que l’on pouvait trouver sur la Terre primitive.

On pense également que ces réactions, trouvées dans les cellules modernes, constituent le principal processus métabolique de LUCA. Le dernier ancêtre commun universelOrganisme unicellulaire qui ressemble à une bactérie.

Pour chaque réaction, ils ont calculé les changements d’énergie libre, ce qui détermine si la réaction peut se dérouler sans autres sources d’énergie externes. Ce qui est étonnant, c’est que bon nombre de ces réactions étaient indépendantes des influences extérieures. Comme l’adénosine triphosphateune source universelle d’énergie dans les cellules vivantes.

La synthèse des éléments de base de la vie n’a pas besoin de renforcement énergétique extérieur : elle s’auto-entretient.

Verre volcanique

La vie dépend de molécules pour stocker et transmettre des informations. Les scientifiques pensent que des brins d’ARN étaient présents Précurseurs de l’ADN En remplissant ce rôle, car sa structure est plus simple.

L’apparition de l’acide ribonucléique (ARN) sur notre planète a longtemps dérouté les chercheurs. Cependant, certains progrès ont été réalisés récemment. En 2022, une équipe de collaborateurs aux Etats-Unis Des brins d’ARN stables ont été générés dans le laboratoire. Pour ce faire, ils ont fait passer des nucléotides à travers du verre volcanique. Les fils de discussion qu’ils créaient étaient suffisamment longs pour stocker et transmettre des informations.

Le verre volcanique était présent sur la Terre primitive, grâce aux fréquents impacts de météorites combinés à une forte activité volcanique. Les nucléotides utilisés dans l’étude sont également… On pense qu’il était présent À cette époque de l’histoire de la Terre. Les roches volcaniques peuvent avoir facilité les réactions chimiques qui assemblent les nucléotides en chaînes d’ARN.



Sources hydrothermales

La fixation du carbone est un processus dans lequel le dioxyde de carbone est libéré2 Gagne des électrons. Il est nécessaire de construire les molécules qui constituent la base de la vie.

Un donneur d’électrons est nécessaire pour conduire cette réaction. Au début de la Terre, H2 Il peut s’agir d’un donateur électronique. En 2020, un Afficher une équipe de collaborateurs Cette réaction pourrait se produire spontanément et être alimentée par des conditions environnementales similaires aux sources hydrothermales alcalines des profondeurs marines des premiers océans. Ils l’ont fait en utilisant Technologie microfluidiquedes appareils qui manipulent de petits volumes de liquides pour réaliser des expériences en simulant des ouvertures alcalines.

Ce chemin est Étonnamment similaire Combien de cellules bactériennes et archéennes modernes (organismes unicellulaires sans noyau) fonctionnent.

Cycle de Krebs

Dans les cellules modernes, la fixation du carbone fait suite à une série de réactions chimiques qui assemblent ou décomposent des molécules dans des réseaux métaboliques complexes pilotés par des enzymes.

Mais les scientifiques débattent encore de la manière dont les réactions métaboliques se produisaient avant l’apparition et l’évolution de ces enzymes. En 2019, une équipe de l’Université de Strasbourg en France a réalisé des travaux percée. Ils ont montré que le fer ferrique, un type de fer abondant dans la croûte terrestre et dans les premiers océans, pouvait propulser neuf marches sur 11. Cycle de Krebs. Le cycle de Krebs est une voie biologique présente dans de nombreuses cellules vivantes.

Ici, le fer ferrique a servi de donneur d’électrons pour stabiliser le carbone, déclenchant une série de réactions. Les réactions ont produit les cinq précurseurs métaboliques universels, cinq molécules essentielles traversant différentes voies métaboliques dans tous les organismes vivants.

Les éléments constitutifs des anciennes membranes cellulaires

Comprendre la composition des éléments constitutifs de la vie et leurs réactions complexes constitue une étape majeure dans la compréhension de l’émergence de la vie.

Cependant, qu’elles se soient produites dans des sources chaudes terrestres ou dans les profondeurs marines, ces réactions n’auraient pas été très efficaces sans la membrane cellulaire. Les membranes cellulaires jouent un rôle actif dans la biochimie de la cellule primitive et dans sa relation avec l’environnement.

Les membranes cellulaires modernes sont principalement composées de composés appelés phospholipides, qui contiennent une tête hydrophile et deux queues hydrophobes. Ils sont organisés en bicouches, les têtes hydrophiles pointant vers l’extérieur et les queues hydrophobes pointant vers l’intérieur.

Des recherches ont montré que certains composants des phospholipides, tels que les acides gras qui forment les queues, peuvent s’auto-assembler dans ces membranes bicouches en Un ensemble de conditions environnementales. Mais ces acides gras étaient-ils présents au début de la Terre ? Des recherches récentes menées par l’Université de Newcastle au Royaume-Uni apportent une réponse intéressante. Des chercheurs Recréez-le La formation spontanée de ces molécules résulte de la combinaison de fluides riches en H₂, probablement présents dans d’anciennes sources hydrothermales alcalines, avec du dioxyde de carbone.2-Des eaux riches ressemblant aux premiers océans.

Cette réalisation est cohérente avec l’hypothèse selon laquelle des membranes d’acides gras stables peuvent apparaître dans les sources hydrothermales alcalines, se développant potentiellement en cellules vivantes. Les auteurs ont émis l’hypothèse que des réactions chimiques similaires pourraient se produire dans les océans souterrains des lunes glacées, qui contiendraient des sources hydrothermales similaires à celles de la Terre.

Chacune de ces découvertes ajoute une nouvelle pièce au puzzle de l’origine de la vie. Quelle que soit la validité de ces théories, des théories contradictoires alimentent la recherche de réponses.

Comme Charles Darwin livres« Les faits faux sont très préjudiciables au progrès de la science parce qu’ils persistent souvent longtemps : mais les fausses opinions, si elles sont appuyées par quelques preuves, ne font pas grand mal, car tous prennent un plaisir utile à se prouver faux ; le chemin vers l’erreur est fermé. « Et le chemin vers la vérité est souvent en même temps ouvert. »

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La découverte de gènes pourrait conduire à un atome flexible et « désordonné »

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La découverte de gènes pourrait conduire à un atome flexible et « désordonné »



Les chercheurs ont identifié un gène largement présent dans les plantes comme principal transporteur d’une hormone qui affecte la taille du maïs.

Cette découverte fournit aux sélectionneurs de plantes un nouvel outil pour développer des variétés naines souhaitables qui peuvent améliorer la résilience et la rentabilité des cultures.

Une équipe de scientifiques a passé des années à déterminer les fonctions du gène ZmPILS6. Aujourd’hui, ils sont en mesure de le décrire comme un facteur important de la taille et de la structure des plantes, et comme un transporteur de l’hormone auxine qui aide à contrôler la croissance des racines souterraines et des pousses, ou tiges, au-dessus du sol.

Leurs conclusions sont publiées dans Actes de l’Académie nationale des sciences.

« La particularité de l’ère scientifique actuelle est que nous disposons de toutes ces données génétiques de haute qualité, que ce soit sur le maïs, sur les humains ou sur d’autres organismes, et que nous avons désormais pour tâche de découvrir ce que font réellement les gènes », explique Dior-Kelly. . est professeur adjoint de génétique, de développement et de biologie cellulaire à l’Iowa State University, qui a dirigé l’équipe de recherche.

Le groupe a utilisé le « criblage génétique inverse » (du gène au trait exprimé dans la plante), ainsi que d’autres techniques, pour retracer le rôle des gènes dans l’évolution du maïs. Les écrans inversés nécessitent plusieurs saisons de croissance et ne fonctionnent pas toujours, selon Kelly. Il a fallu sept ans à son équipe pour caractériser précisément ZmPILS6 et vérifier qu’il régule la croissance des plantes.

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Lorsque les plantes modifiées et transformées étaient « supprimées », leur absence supprimait la formation de racines latérales et la hauteur de la plante. La recherche a conduit à un brevet provisoire pour son utilisation potentielle dans des programmes de sélection visant à produire du maïs de petite taille encore très productif.

«Je pense que c’est comme un maïs lutin», dit Kelly. « Il suscite beaucoup d’intérêt pour plusieurs raisons, notamment sa faible consommation d’eau et de nutriments et sa capacité à résister aux vents violents. »

En étudiant ZmPILS6 dans le maïs, les chercheurs sont arrivés à une autre découverte étrange : le gène semblait avoir des effets opposés sur la croissance des plantes par rapport au gène identique du maïs. ArabidopsisC’est une plante qui sert souvent de modèle pour la recherche.

« C’était complètement inattendu », dit Kelly. « Cela montre que les protéines végétales, qui ont évolué dans des contextes différents, peuvent se comporter différemment. Cela souligne la nécessité d’étudier les gènes directement au sein des principales cultures d’intérêt, plutôt que de penser que nous les comprenons en fonction de leur fonctionnement dans d’autres plantes. »

Kelly décrit la nouvelle recherche comme une recherche fondamentale « fondamentale » pour comprendre le gène qui influence de nombreux traits de développement complexes, qui a été préservé par l’évolution de nombreuses plantes, des algues au maïs.

« C’est également « transformateur », dans la mesure où il est lié aux ressources génétiques qui peuvent être utilisées pour améliorer les programmes de sélection », dit-elle. «Cela ouvre des questions et des aspects de recherche complètement nouveaux pour mon laboratoire.»

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Co-auteurs supplémentaires de l’Iowa ; Université de Duke; et Université de Californie, Riverside.

L’Institut national de l’alimentation et de l’agriculture de l’USDA et le financement de démarrage de l’USDA du Collège d’agriculture et des sciences de la vie de l’Université d’État de l’Iowa ont financé les travaux.

source: Université d’État de l’Iowa

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Un nouveau modèle 3D montre comment les implants neuronaux soulagent la douleur chronique

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Un nouveau modèle 3D montre comment les implants neuronaux soulagent la douleur chronique

Modèle 3D développé par Université de Virginie occidentale Les neuroscientifiques montrent comment les stimulateurs implantables – du même type que ceux utilisés pour traiter la douleur chronique – peuvent cibler les neurones qui contrôlent des muscles spécifiques pour assurer la rééducation des personnes souffrant de troubles neurologiques tels qu’un accident vasculaire cérébral ou une lésion de la moelle épinière.

le StadeY compris le modèle, il a été publié dans la revue Nature Communications Biology.

Le dispositif, implanté sur ou à proximité de la moelle épinière, fonctionne en délivrant un signal électrique via un fil fin. Pour traiter la paralysie, la stimulation cible des parties spécifiques de la moelle épinière pour aider à restaurer la fonction musculaire et le mouvement. Cependant, l’efficacité du dispositif a été limitée par une compréhension insuffisante de l’emplacement des motoneurones qui se connectent à des muscles spécifiques dans la moelle épinière.

« Si nous voulons vraiment maximiser l’utilité de ces implants, nous voulons pouvoir sélectionner des motoneurones spécifiques qui activeront des muscles spécifiques et aideront à bouger de la bonne manière et au bon moment », a-t-il déclaré. Valéria Gritsenkoprofesseur agrégé à École de médecine WVUSections Performance humaine – Physiothérapie, Neurologie Et le Institut de neurosciences Rockefeller. « Les scientifiques veulent utiliser un modèle pour déterminer où implanter ce système. »

Dans le cadre de l’étude, Gritsenko a reçu une subvention de 600 000 $ sur trois ans du ministère américain de la Défense pour diriger une équipe visant à construire des modèles plus avancés du système neuromusculaire.

Grâce à d’autres études et tests, les chercheurs espèrent mieux comprendre dans quelle mesure ces appareils peuvent améliorer la fonction musculaire.

Pour mener l’étude, les chercheurs ont d’abord créé un modèle 3D de l’emplacement des motoneurones dans la moelle épinière d’un macaque – un singe de l’Ancien Monde – et l’ont comparé aux connaissances actuelles sur la moelle épinière humaine. Ils ont également créé des modèles 3D de l’anatomie musculo-squelettique d’un singe macaque et du membre supérieur droit d’un humain et ont comparé ces modèles.

« Nous avons étudié les différences et les changements dans la longueur des muscles dans différentes postures, à la fois chez le modèle humain et chez le singe », a-t-il déclaré. Rachel Taitano, doctorant en médecine et neurosciences de Fairfax, en Virginie, et auteur principal de l’étude. « Le modèle musculo-squelettique du singe montre que la biomécanique est similaire à celle des humains, même si l’espèce présente des différences dans les muscles qu’elle utilise, les muscles qu’elle possède et leurs différentes orientations et fonctions. »

L’étude montre une correspondance étroite dans la distribution ou la profondeur des groupes de motoneurones le long de la moelle épinière chez les macaques et les humains. Ces résultats permettront aux scientifiques d’obtenir une précision dans la fourniture du traitement.

« Certaines populations de motoneurones sont plus profondes dans la moelle épinière et d’autres sont plus proches de la surface », a expliqué Gritsenko. « Ce modèle nous permet d’examiner plus en profondeur l’endroit où les populations de motoneurones pourraient être les plus proches de la surface. C’est là que vous souhaitez stimuler l’activation de ces muscles. »

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« Connaître l’organisation vertébrale des assemblages de motoneurones – des groupes de cellules qui se connectent à un seul muscle – pourrait révéler quelque chose de fascinant », a expliqué Gritsenko, qui a été le chercheur principal. « Notre système musculo-squelettique complexe a évolué au fil du temps pour permettre une large gamme de résultats. de mouvements que nous voyons chez tous les « primates, y compris nous, les humains. L’équipe a découvert que nos moelles épinières contiennent des « cartes » intégrées qui reflètent cette fonction complexe. Cette « carte » aide à simplifier le contrôle de nos corps complexes via la moelle épinière.  » .

Un autre collègue sur le projet, Sergueï Yakovenkoprofesseur agrégé à la faculté de médecine de l’Université de Virginie-Occidentale, départements de performance humaine et de recherche. Exercice physiologiqueLe Département de Neurosciences et le RNI ont mené des études similaires sur l’anatomie de la moelle épinière chez les quadrupèdes. Les nouvelles découvertes montrent à quel point l’anatomie de la moelle épinière est conservée chez les animaux et à quel point elle reflète les actions musculaires.

Les résultats d’une étude scientifique appliquée qui peuvent être utilisés au bénéfice des patients en milieu clinique sont ce qui, selon Taitano, l’a attirée vers le projet.

« Je pense que nous pouvons obtenir beaucoup d’informations à partir d’études non chirurgicales », a déclaré Taitano, diplômé en génie biomédical. « Maintenant que nous pouvons appliquer ces résultats à l’échelle millimétrique et nanométrique, nous pouvons créer des dispositifs permettant d’appliquer ce que nous voyons dans un modèle comme celui-ci. »

Une fois le projet terminé, Taitano passera à la partie médecine de son programme cet été.

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« Les antécédents de Rachel ont été très utiles au succès de l’étude », a déclaré Gritsenko. « J’aimerais certainement voir davantage de ce type de collaboration interdisciplinaire avec des étudiants diplômés travaillant sur des projets avec des collègues des départements de médecine et d’ingénierie.

En plus de la subvention du ministère de la Défense, des scientifiques de deux autres universités ont exprimé leur intérêt pour l’utilisation du modèle pour explorer la manière d’améliorer la technologie catalytique, a déclaré Gritsenko. Elle prévoit également de collaborer avec un chercheur principal d’une autre université pour valider les résultats de l’étude sur des modèles animaux.

« Nous voulons faire un test de stimulation musculaire basé sur les prédictions du modèle et voir si nous obtenons les résultats escomptés », a-t-elle déclaré. « Nous pouvons essayer cela d’abord avec des singes, puis, si cela fonctionne, nous pouvons l’essayer chez l’homme pour vérifier davantage qu’il s’agit d’un bon modèle pour guider ces interventions chirurgicales. »

référence: Taitano RI, Yakovenko S, Gritsenko V. L’anatomie musculaire se reflète dans l’organisation spatiale des groupes de motoneurones spinaux. Commune Byul. 2024;7(1):1-11. est ce que je: 10.1038/s42003-023-05742-s

Cet article a été republié ci-dessous Matiéres. Remarque : Le matériel peut avoir été modifié en termes de longueur et de contenu. Pour plus d’informations, veuillez contacter la source susmentionnée. Vous pouvez accéder à notre politique de communiqués de presse ici.

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Découverte de plus de 400 empreintes de dinosaures du Crétacé

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Découverte de plus de 400 empreintes de dinosaures du Crétacé

Plus de 400 empreintes de dinosaures datant du Crétacé inférieur ont été découvertes dans la préfecture autonome de Zhuxiongyi, dans la province chinoise du Yunnan (sud-ouest), ont indiqué des chercheurs.

Les fossiles ont été trouvés dans les montagnes de la ville de Konglongshan, dans la ville de Lufeng. Wang Tao, directeur du Centre de recherche et de préservation des fossiles de dinosaures à Lufeng, a déclaré que l’identification locale indiquait que les couches rocheuses contenant des empreintes de dinosaures remontaient à environ 120 millions d’années.

Wang a déclaré que les fossiles peuvent être classés en trois types : de grandes empreintes qui ressemblent à celles de sauropodes, tels que Diplodocus ; Des empreintes ressemblant à celles des théropodes, comme les tyrannosaures ; Les empreintes présentent des dépressions visibles à l’avant, ce qui indique que le dinosaure marchait avec ses orteils touchant le sol et qu’il pourrait appartenir à un stégosaure ou à un ankylosaure.

« Sur la base des observations sur le terrain, on suppose que cette zone pourrait avoir été située au bord d’un lac, entourée d’une végétation abondante », a déclaré Wang. « Une fois que différents types de dinosaures ont fini de se nourrir, ils sont probablement venus au lac pour boire de l’eau et se sont plongés dans la boue et le sable au bord de l’eau », a-t-il ajouté.

Konglongshan, dont le nom se traduit par « Montagne des dinosaures », est une zone de découverte concentrée d’empreintes de dinosaures fossilisées. Cependant, Wang a déclaré que la découverte de cette taille et de cette diversité est sans précédent, indiquant la présence étendue de divers groupes de dinosaures dans la région de Luofeng au début du Crétacé.

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Depuis 1938, plus de 120 fossiles de dinosaures ont été découverts à Lufeng, mais aucun fossile du Crétacé n’a été découvert auparavant. Wang a déclaré que les empreintes de dinosaures récemment découvertes revêtaient une grande importance pour les efforts futurs visant à localiser des fossiles de dinosaures du Crétacé dans la région.

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