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Le fossile de Tiktaalik révèle une étape clé dans l'évolution de la marche

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Le fossile de Tiktaalik révèle une étape clé dans l'évolution de la marche

Avant que les jambes n'évoluent à partir de nageoires, le squelette axial était : ; Y compris les os de la tête, du cou, du dos et des côtes – ; Il subissait déjà des changements qui allaient éventuellement aider nos ancêtres à soutenir leur corps pour marcher sur terre. Une équipe de recherche comprenant un biologiste de Penn State a achevé une nouvelle reconstruction du squelette de Tiktaalik, un poisson fossile vieux de 375 millions d'années qui est l'un des plus proches parents des vertébrés membres. La nouvelle construction montre que les côtes du poisson étaient probablement attachées à son bassin, une innovation considérée comme importante pour le soutien du corps et l'évolution éventuelle de la marche.

Un article décrivant la nouvelle reconstruction, qui a utilisé la tomodensitométrie (micro-CT) pour numériser le fossile et révéler les vertèbres et les côtes du poisson auparavant cachées sous les roches, est paru le 2 avril dans le journal. Actes de l'Académie nationale des sciences.

Tiktaalik a été découvert en 2004, mais la majeure partie de son squelette était inconnue. « Ces nouveaux scanners micro-CT haute résolution nous montrent les vertèbres et les côtes de Tiktaalik et nous permettent de reconstruire entièrement son squelette, ce qui est essentiel pour comprendre comment il s'est déplacé à travers le monde. »


Tom Stewart, professeur adjoint de biologie au Eberly College of Science de Penn State et l'un des dirigeants de l'équipe de recherche

Contrairement à la plupart des poissons, qui ont des vertèbres et des côtes symétriques le long du tronc, les squelettes axiaux des vertébrés à membres présentent des différences significatives au niveau des vertèbres et des côtes de la région de la tête à la région de la queue. Le développement de cette région a permis l'exercice de fonctions spécialisées, parmi lesquelles la liaison mécanique entre les côtes de la région sacrée et le bassin, ce qui permettait au corps d'être soutenu par les membres postérieurs.

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Les nageoires pelviennes des poissons sont évolutivement liées aux membres postérieurs des tétrapodes – ; Vertébrés à quatre membres, y compris les humains. Chez les poissons, les nageoires pelviennes et les os de la ceinture pelvienne sont relativement petits et flottent librement dans le corps. Les chercheurs ont expliqué qu'à mesure que la marche évoluait, les membres postérieurs et le bassin devenaient beaucoup plus grands et formaient une connexion avec la colonne vertébrale afin de supporter les forces associées au soutien du corps.

« Tiktaalik est fascinant car il nous donne un aperçu de cette transition évolutive majeure », a déclaré Stewart. « Sur l'ensemble de leur squelette, nous voyons une combinaison de caractéristiques typiques des poissons et de la vie aquatique, ainsi que des caractéristiques observées chez les animaux vivant sur terre. »

La description originale de Tiktaalik se concentrait sur la face avant du squelette. Les fossiles ont été soigneusement préparés pour éliminer la matrice rocheuse environnante et exposer le crâne, la ceinture scapulaire et les nageoires pectorales. Les côtes dans cette zone étaient grandes et élargies, ce qui suggère qu'elles auraient pu soutenir le corps d'une manière ou d'une autre, mais on ne savait pas exactement comment elles auraient fonctionné. En 2014, l'aquarium, découvert au même endroit que le reste du squelette, a également été nettoyé de la matrice et décrit.

« D'après des études précédentes, nous savions que le bassin était grand et nous avions le sentiment que les nageoires arrière étaient également grandes, mais jusqu'à présent, nous ne pouvions pas dire si ou comment le bassin interagissait avec le squelette axial », a déclaré Stewart. « Cette reconstitution montre, pour la première fois, comment tout cela s'articule et nous donne des indices sur l'évolution de la marche. »

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Les chercheurs ont expliqué que contrairement à nos hanches, où nos os s'emboîtent étroitement, la connexion entre le bassin et le squelette axial de Tiktaalik était probablement une connexion de tissus mous constituée de ligaments.

« Tiktaalik avait des côtes spécialisées reliées au bassin par un ligament », a déclaré Stewart. « C'est vraiment étonnant. Cette créature possède plusieurs caractéristiques – une grande paire d'appendices postérieurs, un grand bassin et une connexion entre le bassin et le squelette axial – qui étaient fondamentales à l'origine de la marche. Bien que Tiktaalik n'ait probablement pas traversé le terre, elle faisait définitivement quelque chose de nouveau. « C'était un poisson qui pouvait probablement se soutenir et pousser avec sa nageoire arrière. »

La nouvelle reconstruction squelettique met également en lumière les spécialisations du mouvement de la tête chez Tiktaalik et de nouveaux détails sur l'anatomie de la nageoire pelvienne du poisson.

« C'est incroyable de voir le squelette de Tiktaalik avec autant de détails », a déclaré Neil Shubin, professeur émérite de biologie et d'anatomie des organismes à l'Université de Chicago et l'un des auteurs de l'article. « Cette étude ouvre la voie à ceux qui explorent la façon dont l'animal se déplaçait et interagissait avec son environnement il y a 375 millions d'années. »

Outre Stewart et Shubin, l'équipe de recherche comprend Justin B. Limberg, Emily J. Hylan et Isaac Magallanes de l'Université de Chicago, et Edward B. Deschler de l'Académie des sciences naturelles de l'Université Drexel.

Le soutien de la Fondation Brinson, du Département des sciences biologiques de l'Université de Chicago, d'un donateur anonyme de l'Académie des sciences naturelles de l'Université Drexel et de la National Science Foundation des États-Unis a financé cette recherche. Le travail sur le terrain a été rendu possible grâce au Projet du plateau continental polaire de Ressources naturelles Canada; ministère du Patrimoine et de la Culture, Nunavut; les villages de Resolute Bay et Grise Fiord au Nunavut; et les chasseurs et trappeurs Iviq de Grise Fiord.

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Encore une fois, Einstein ! Les scientifiques découvrent où les « cascades » de matière tombent dans les trous noirs

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Encore une fois, Einstein !  Les scientifiques découvrent où les « cascades » de matière tombent dans les trous noirs

Les scientifiques ont confirmé, pour la première fois, que la structure de l’espace-temps elle-même fait un « plongeon final » au bord d’un trou noir.

Cette région de naufrage autour des trous noirs a été observée par des astrophysiciens en physique de l’Université d’Oxford et contribue à valider une prédiction clé de la théorie de la gravité d’Albert Einstein de 1915 : la relativité générale.

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La Chine construit un réseau de radars pour soutenir les prévisions météorologiques spatiales mondiales-China.org.cn

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La Chine construit un réseau de radars pour soutenir les prévisions météorologiques spatiales mondiales-China.org.cn

Cette image non datée fournie par le Centre national des sciences spatiales (NSSC) montre des radars à diffusion cohérente haute fréquence situés dans la région autonome ouïgoure du Xinjiang, dans le nord-ouest de la Chine. [Photo/Xinhua]

La Chine a construit un réseau de radars à haute fréquence aux latitudes moyennes dans les régions du nord du pays afin de fournir des données de détection de haute qualité pour les prévisions et les alertes météorologiques spatiales mondiales.

Le premier lot de résultats de découvertes scientifiques du réseau a été publié lors d’un atelier international sur le réseau de radars super doubles auroral (SuperDARN), qui s’est ouvert lundi à Pékin.

Le réseau, établi par le Centre national des sciences spatiales (NSSC) de l’Académie chinoise des sciences, a été achevé en octobre 2023. Il fait également partie de la deuxième phase du projet chinois Meridian, un réseau de surveillance de la météo spatiale comprenant des stations au sol.

Le Conseil de sécurité nationale a déclaré que la Chine avait réalisé de nouvelles avancées dans la technologie des radars à diffusion cohérente à haute fréquence et dans la recherche scientifique, et qu’elle s’efforcerait d’approfondir la coopération internationale dans ce domaine.

L’ionosphère abrite toutes les particules chargées de l’atmosphère terrestre. Il abrite également de nombreux vaisseaux spatiaux, notamment des stations spatiales. Les scientifiques affirment que des irrégularités dans l’ionosphère pourraient perturber les signaux.

Six radars à diffusion cohérente à haute fréquence ont été installés dans la province du Jilin, dans la région autonome de Mongolie intérieure et dans la région autonome ouïgoure du Xinjiang, dans les régions du nord de la Chine.

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Cette série de radars à haute fréquence permet une détection continue et à grande échelle des irrégularités ionosphériques dans les latitudes moyennes et élevées du secteur asiatique. La portée de détection peut atteindre 4 000 kilomètres du sud au nord, et la portée est-ouest dépasse 12 000 kilomètres, selon le NSSC.

La série de radars à haute fréquence devrait rejoindre le réseau SuperDARN, un réseau mondial de radars scientifiques qui surveillent les conditions dans l’environnement spatial proche de la Terre et permettent l’échange et le partage de données en temps réel avec des bases de données au Royaume-Uni et au Canada.

SuperDARN, qui compte des membres provenant de dizaines de pays, dont le Royaume-Uni, les États-Unis, le Canada, le Japon, la Chine, la France, l’Italie, la Norvège, l’Australie et l’Afrique du Sud, est également l’une des principales organisations internationales participant à l’International Meridian Circle. Le programme proposé par la Chine.

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Des courants d’étoiles étonnamment anciens pourraient être les éléments constitutifs de la Voie Lactée

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Des courants d’étoiles étonnamment anciens pourraient être les éléments constitutifs de la Voie Lactée

Les archéologues hongrois, déchiffrant l’arbre généalogique complexe de notre galaxie, ont découvert deux autres branches : des flux primordiaux de milliers d’étoiles près du cœur de la Voie lactée qui pourraient être deux de ses premiers morceaux il y a au moins 12 milliards d’années. Les anciens amas se sont probablement formés avant même que le disque et les bras spiraux de la Voie lactée ne commencent à se former, fournissant ainsi de nouvelles informations sur la façon dont notre galaxie vieille de 13,6 milliards d’années s’est formée à ses débuts et s’est assemblée vers la spirale organisée que nous connaissons aujourd’hui.

Les étoiles des deux courants ont entre 12 et 13 milliards d’années, si vieilles que leurs découvreurs ont été étonnés de pouvoir les détecter, et encore moins les découvrir dans des amas aussi clairement distinguables. Les astronomes soupçonnent que ces filaments stellaires, chacun mesurant environ 10 millions de soleils, ont été laissés sur place lorsque leurs galaxies massives ont fusionné avec la Voie Lactée naissante, il y a environ 12 milliards d’années. Si cette hypothèse était confirmée par de futures observations, les astronomes auraient détecté la genèse de la Voie Lactée, représentant une époque où la Voie Lactée naissante se regroupait à la suite de multiples fusions avec des galaxies plus petites et malheureuses.

Les nouveaux brins d’étoiles ont été nommés Shiva et Shakti, en hommage au couple divin hindou dont l’union aurait créé l’univers. Shiva semble héberger environ 5 600 étoiles et Shakti environ 1 700 étoiles, et il reste probablement beaucoup d’autres étoiles à découvrir.

Shiva et Shakti sont « deux ajouts fascinants à la famille des mystères que nous accumulons dans les amas de la Voie lactée », explique Bob Benjamin, astronome à l’Université du Wisconsin-Whitewater, qui n’a pas été impliqué dans la découverte mais dans ses recherches. Se concentre sur la structure de la Voie Lactée. « Il y a un grand enthousiasme autour de cette idée car nous pouvons maintenant voir de très nombreux morceaux de la galaxie avec leurs propres histoires individuelles se réunir pour créer la galaxie que nous connaissons et aimons. »

Messages mitigés

Les étoiles de Shiva et de Shakti orbitent sur des « orbites tout à fait uniques » autour de la Voie lactée qui diffèrent des étoiles laissées par d’autres fusions de galaxies, explique Khyati Malhan de l’Institut Max Planck d’astronomie (MPIA) en Allemagne, qui a dirigé la découverte. Bien qu’ils soient les restes de deux galaxies distinctes, la composition chimique des deux amas d’étoiles est assez similaire, ce qui indique que leurs galaxies mères étaient également denses, explique Malhan.

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Malhan et son collègue Hans-Walter Rex du MPIA ont découvert les étoiles en analysant les données envoyées par l’Observatoire européen Gaia, qui cartographie les mouvements et les spectres de millions d’étoiles dans notre galaxie. Il décrit le duo Shiva et Shakti un peu plus loin dans un article publié en mars dans la revue Journal d’astrophysique.

Pour reconstituer l’histoire de notre galaxie, les astronomes classent généralement les étoiles en deux groupes : celles nées à l’intérieur de notre galaxie et celles à l’extérieur de notre galaxie qui ont été absorbées par les puissantes forces de marée de notre galaxie. Les deux groupes ont généralement des compositions chimiques distinctes. Les étoiles in situ comme celles qui habitent le disque de notre galaxie sont riches en éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium, dont le fer. Ces éléments se forment lorsque les étoiles sont « bien cuites sous pression » dans l’environnement dense de notre galaxie, explique Malhan. En revanche, les étoiles ex situ telles que celles dispersées dans la couronne relativement clairsemée ne contiennent pas de grands réservoirs de métaux lourds.

Étonnamment, les données de Gaia montrent que Shiva et Shakti manquent de fer, ce qui suggère qu’ils sont nés en dehors de notre galaxie et ont ensuite fusionné, mais qu’ils sont riches en d’autres éléments lourds généralement attribués aux étoiles locales. « C’est là que Shiva et Shakti nous envoient des signaux mitigés », dit Malhan. La précision cosmique a brouillé la véritable origine de ces étoiles, ce qui a pour effet d’améliorer notre compréhension des débuts de l’histoire de la Voie Lactée.

«Ils présentent un casse-tête intéressant», explique Benjamin. « En tant que scientifique, j’aime cette partie car elle signifie que nous avons des débats. »

Les étoiles nouvellement découvertes sont peut-être nées sur place, puis déplacées des profondeurs de notre galaxie vers leur site de découverte à environ 26 000 années-lumière du centre. Cela serait dû à la bande centrale de la Voie lactée, la structure dense de plusieurs milliers d’années-lumière qui relie les bras spiraux de la galaxie. Tout comme un ventilateur rotatif pousse les molécules d’air dans des poches denses, la barre tourbillonnante de notre galaxie « saisit » les étoiles, les rassemblant en amas bondés. Le « bar trapping », qui piège les étoiles sur des orbites en harmonie avec les orbites des barres, explique la chimie observée des nouvelles étoiles « assez simplement et facilement », explique l’astronome Vasiliy Belokurov de l’Université de Cambridge, qui étudie la formation des galaxies ( même s’il n’en était pas un). Participation à la nouvelle étude). « La bande aide : elle fait ressortir ces étoiles et nous les présente en quelque sorte. »

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Si les étoiles ne sont qu’un artefact de la rotation de la barre, Malhan et Rex soutiennent que la chimie des nouvelles étoiles devrait être similaire aux débris d’une autre fusion de galaxies appelée Gaia-Sausage-Encelade d’il y a 10 milliards d’années, dont les restes représente un amas de galaxies. Des étoiles bleues dans le halo de notre galaxie. « Jusqu’à présent, cela ne semble pas être le cas », déclare Malhan.

«Le temps nous le dira», dit Benjamin. « Pour les raisons qu’ils ont données, je pense qu’ils ont la bonne explication. »

Cependant, tout le monde n’est pas convaincu que les débris du GSE constituent une comparaison précise avec les nouvelles étoiles. Belokurov souligne que les étoiles restantes de la fusion GSE ne passent pas de temps près du centre de la Voie lactée, où elles pourraient interagir avec sa barre, donc « elles ne peuvent pas vraiment être piégées », dit-il. « Une fois que vous réalisez cela, cela fait pencher la balance dans l’autre sens. »

Bien que Belokurov applaudisse la transparence de l’équipe en soulignant des alternatives à l’explication principale, il existe « une confusion de leur part quant à ce à quoi devrait ressembler la chimie de ces structures centrales si elles faisaient partie de la couronne piégée et tournée par la barre », dit-il. . .

Les données provenant du vaisseau spatial Gaia, dont le lancement est prévu début 2026, incluront des étoiles faibles et fourniront plus de détails sur l’origine de Shiva et Shakti. Même si les nouvelles étoiles finissent par ne pas être représentatives de la façon dont la Voie Lactée s’est formée, elles pourraient quand même révéler des indices intéressants sur la façon dont elle a évolué au fil des éons, dit Benjamin. « Pour moi, c’est tout aussi excitant. »

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L’archéologie hongroise à travers les yeux de Gaia

Au cours d’entretiens, Benjamin, Malhan et d’autres astronomes ont loué à plusieurs reprises le vaisseau spatial Gaia pour son poids révolutionnaire dans le déchiffrement de l’histoire de notre galaxie. Malhan souligne qu’il y a à peine dix ans, la première fusion connue avec notre Voie lactée a eu lieu il y a 6 milliards d’années, lorsque la galaxie naine du Sagittaire est tombée dans notre galaxie. Précisément Cartographie des étoiles par Gaia Cependant, à partir d’étoiles de plus en plus faibles, les astronomes ont découvert en 2019 des débris issus d’une fusion GSE il y a 10 milliards d’années. La prétendue infusion de Shiva et Shakti révélée par Gaia il y a 12 milliards d’années ramène les astronomes dans le temps.

« C’est comme si quelqu’un disait : ‘Nous allons vous offrir chaque année une nouvelle paire de lunettes, qui amélioreront votre vision chaque année' », explique Benjamin. « Pense à quel point tu es excité. »

« Tous les outils et les connaissances que nous appliquons aujourd’hui existaient dans une certaine mesure il y a dix ans », ajoute Malhan. Cependant, les données de Gaia fournissent les vues les plus claires à ce jour de notre galaxie remontant à ses tout premiers débuts, dit-il. « C’est grâce à Gaia. »

Bien sûr, notre Voie lactée n’est pas la seule galaxie à avoir l’habitude de cannibaliser ses plus petits membres. Les astronomes savent grâce aux simulations cosmologiques que chaque galaxie évolue – et parfois se déchire – à travers des fusions qui se produisent sur des milliards d’années. Cependant, la rapidité avec laquelle une galaxie grandit ou meurt dépend en grande partie de facteurs exclusifs à sa situation dans notre univers, tels que la dispersion de son habitat avec d’autres galaxies.

« Chaque galaxie a sa propre histoire », explique Benjamin. « Mais ce qui est spécial dans notre galaxie, c’est que nous pouvons reconstituer son histoire. »

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