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Les chimistes découvrent pourquoi la récolte de lumière est si efficace pour la photosynthèse

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Les chimistes découvrent pourquoi la récolte de lumière est si efficace pour la photosynthèse

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Cellules végétales à chloroplastes visibles (provenant de la mousse, Plagiomnium affine) Crédit : Wikipedia

Lorsque les cellules photosynthétiques absorbent la lumière du soleil, des paquets d’énergie appelés photons sautent entre une série de protéines collectrices de lumière jusqu’à ce qu’ils atteignent le centre de la réaction photosynthétique. Là, les cellules convertissent l’énergie en électrons, qui finissent par alimenter les molécules de sucre.

Ce transfert d’énergie à travers le complexe de collecte de lumière se produit avec une efficacité extrêmement élevée : presque chaque photon de lumière absorbé génère un électron, un phénomène connu sous le nom d’efficacité quantique proche de l’unité.

Une nouvelle étude menée par des chimistes du MIT propose une explication possible de la manière dont les protéines du complexe de collecte de lumière, également appelée antenne, atteignent une efficacité aussi élevée. Pour la première fois, les chercheurs ont pu mesurer le transfert d’énergie entre les protéines collectrices de lumière, leur permettant de découvrir que l’arrangement désordonné de ces protéines améliore l’efficacité du transfert d’énergie.

« Pour que cette antenne fonctionne, vous devez transmettre de l’énergie sur de longues distances. Notre principale découverte est que la régulation perturbée des protéines récoltant la lumière améliore l’efficacité de la transmission d’énergie sur de longues distances », explique Gabriella Schlau-Cohen, professeure agrégée de chimie. au MIT et auteur principal de la nouvelle étude.

Les boursiers postdoctoraux du MIT Dehau Wang et Dvir Harris et l’ancienne étudiante diplômée du MIT Olivia Febig Ph.D. Ils sont les principaux auteurs de l’article publié dans Actes de l’Académie nationale des sciences. Jianshu Cao, professeur de chimie au MIT, est également l’auteur de l’article.

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Captage d’énergie

Dans cette étude, l’équipe du MIT s’est concentrée sur les bactéries violettes, qui se trouvent souvent dans des environnements aqueux pauvres en oxygène et couramment utilisées comme modèle pour les études de récolte de lumière photosynthétique.

Au sein de ces cellules, les photons capturés voyagent à travers des complexes collecteurs de lumière constitués de protéines absorbant la lumière et de pigments tels que la chlorophylle. En utilisant la spectroscopie ultrarapide, une technique qui utilise des impulsions laser extrêmement courtes pour étudier les événements qui se produisent sur des échelles de temps allant de la femtoseconde à la nanoseconde, les scientifiques ont pu étudier comment l’énergie se déplace dans l’une de ces protéines. Cependant, l’étude de la transmission de l’énergie entre ces protéines s’est avérée plus difficile car elle nécessite le positionnement de plusieurs protéines de manière contrôlée.

Pour créer une configuration expérimentale où ils pourraient mesurer comment l’énergie est transférée entre deux protéines, l’équipe du MIT a conçu des membranes nanosynthétiques avec une composition similaire à celle des membranes cellulaires naturelles. En contrôlant la taille de ces membranes, appelées nanodisques, ils ont pu contrôler la distance entre deux protéines intégrées dans les disques.

Dans cette étude, les chercheurs ont combiné deux copies de la protéine primaire collectrice de lumière trouvée dans les bactéries violettes, connue sous le nom de LH2 et LH3, dans des nanodisques. LH2 est la protéine présente dans des conditions de lumière normales et LH3 est une variante qui n’est normalement exprimée que dans des conditions de faible luminosité.

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En utilisant la microscopie électronique cryogénique à l’installation MIT.nano, les chercheurs ont pu imager les protéines intégrées dans la membrane et montrer qu’elles étaient positionnées à des distances similaires à celles observées dans la membrane d’origine. Ils ont également pu mesurer les distances entre les protéines collectrices de lumière, qui étaient sur une échelle de 2,5 à 3 nanomètres.

Troubler c’est mieux

Parce que LH2 et LH3 absorbent des longueurs d’onde légèrement différentes de la lumière, il est possible d’utiliser la spectroscopie ultrarapide pour surveiller le transfert d’énergie entre eux. Pour les protéines qui sont si proches les unes des autres, les chercheurs ont découvert qu’il faut environ 6 picosecondes pour qu’un photon d’énergie se déplace entre elles. Pour les protéines distantes, le transport prend jusqu’à 15 picosecondes.

Un voyage plus rapide se traduit par un transfert d’énergie plus efficace, car plus le vol est long, plus la perte d’énergie pendant la transmission est importante.

« Lorsqu’un photon est absorbé, il ne reste que peu de temps avant que l’énergie ne soit perdue par des processus indésirables comme la désintégration non radiative, donc plus il est converti rapidement, plus il est efficace », explique Shlau Cohen.

Les chercheurs ont également découvert que les protéines disposées dans une structure en treillis présentaient un transfert d’énergie moins efficace que les protéines disposées dans des structures organisées de manière aléatoire, comme c’est généralement le cas dans les cellules vivantes.

« La régulation organisée est en fait moins efficace que la régulation désordonnée de la biologie, ce que nous pensons être vraiment intéressant parce que la biologie a tendance à être désordonnée. Cette découverte nous indique que ce n’est peut-être pas seulement un inconvénient inévitable de la biologie, mais que les organismes ont évolué pour adopter ça », dit Schlau Cohen. .

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Maintenant qu’ils ont démontré la capacité de mesurer le transfert d’énergie entre les protéines, les chercheurs prévoient d’explorer le transfert d’énergie entre d’autres protéines, comme le transfert entre les protéines d’antenne et les protéines du centre de réaction. Ils prévoient également d’étudier le transfert d’énergie entre les protéines des antennes trouvées dans des organismes autres que les bactéries violettes, comme les plantes vertes.

Plus d’information:
Wang, Dihao et al, Élucider la dynamique du transfert d’énergie entre les protéines au sein du réseau d’antennes des bactéries violettes, Actes de l’Académie nationale des sciences (2023). DOI : 10.1073/pnas.2220477120. doi.org/10.1073/pnas.2220477120

Informations sur la revue :
Actes de l’Académie nationale des sciences


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Les tubes de lave et le gel d’eau découverts sur Mars offrent une double opportunité de rechercher la vie

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Les tubes de lave et le gel d’eau découverts sur Mars offrent une double opportunité de rechercher la vie
Olympus Mons est vu ici sur une image du vaisseau spatial Trace Gas Orbiter avec du givre sur son sommet. PC ESA DLR FU Université de Berlin, Berlin.

Reproduit avec la permission de Le monde en généralun site d’actualités sur la nature, la politique, la science, la santé et les voyages.

Cependant, d’autres preuves de la présence d’eau liquide sur Mars ont été découvertes par une sonde spatiale européenne sous la forme de milliers de gallons de givre à l’intérieur des caldeiras des volcans martiens.

L’équipe internationale d’astronomie a qualifié pour la première fois ces taches de gel d’eau de « grandes » après les avoir identifiées sur les volcans de la région de Tharsis.

Ils disent que leur découverte décrite dans revue Sciences naturelles de la terreIl remet en question les hypothèses antérieures sur le climat de Mars et constitue une avancée majeure dans la recherche de formes de vie sur d’autres planètes.

Dans une découverte distincte réalisée par une autre sonde, une autre caractéristique volcanique de Mars a été révélée comme une mine d’or potentielle de connaissances sur la planète. Une série de trous mystérieux d’environ 10 pieds de large qui ont été récemment réexaminés seraient des lucarnes où des débris martiens se sont effondrés dans un tube de lave.

Les photos ont été prises par l’université. Issue de l’expérience scientifique d’imagerie haute résolution de l’Arizona, ou caméra HiRISE, en 2022, mais lorsqu’elle est apparue sur Today’s Image, elle a relancé les spéculations sur l’origine des mystérieux cratères découverts sur le volcan Arsia Mons – également dans la région de Tharsis.

Du gel au gel

150 000 tonnes d’eau sont échangées chaque jour pendant les saisons froides entre la surface d’Olympus Mons et l’atmosphère, soit l’équivalent d’une soixantaine de piscines olympiques.

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Cela est possible car l’Olympus Mons est le plus grand volcan du système solaire, fait 3 fois la hauteur du mont Everest et, de vent en vent, est aussi large que la France.

Détectée par le système d’imagerie couleur et stéréo de surface (CaSSIS) à bord du vaisseau spatial de suivi des gaz de l’ESA, l’étude suggère que le givre n’est présent que quelques heures après le lever du soleil avant de s’évaporer au soleil.

« Nous pensions qu’il était peu probable que du givre se forme autour de l’équateur martien, car la combinaison de la lumière du soleil et d’une atmosphère ténue maintient des températures relativement élevées pendant la journée à la surface et au sommet des montagnes – contrairement à ce que nous voyons sur Terre, où l’on pourrait s’attendre à ce que pour le voir », a déclaré le responsable de l’étude, le Dr Adomas Valantinas de l’Université Brown de Rhode Island : « Des pics givrés ».

« Ce que nous voyons pourrait être les vestiges d’un ancien cycle climatique sur la planète Mars moderne, où il y avait de la pluie et peut-être même des chutes de neige sur ces volcans dans le passé. »

L’équipe de recherche suggère que la façon dont l’air circule au-dessus de ces montagnes crée un microclimat « unique » qui permet à de fines plaques de givre de se former en couches très fines, à peu près de la largeur d’un cheveu humain.

Ils pensent que la modélisation de la formation du gel pourrait permettre aux scientifiques de découvrir davantage de mystères restants de Mars, notamment en comprenant où se trouve l’eau et comment elle se déplace, ainsi qu’en comprenant la dynamique atmosphérique complexe de la planète, ce qui est essentiel pour l’exploration et la prospection futures. Les signes de vie.

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À cette fin, le Dr Valentinas envisage désormais d’examiner d’anciens environnements hydrothermaux qui auraient pu abriter la vie microbienne sur Mars.

Ces cratères sur Mars peuvent mesurer environ 10 pieds de diamètre, selon Space.com, mais personne ne peut deviner leur profondeur ni où ils mènent. NASA, Jet Propulsion Laboratory, Arizona.

Taupe de Mars

On pense que ces trous détectés par la caméra HiRISE sont le résultat de l’effondrement du sol dans le tube de lave situé en dessous.

Les tubes de lave souterrains sont des endroits exotiques sur Terre, mais sur Mars, on pense qu’ils pourraient fournir un abri anti-radiation prêt à l’emploi dont les astronautes pourraient profiter lors de futures missions lors de tempêtes solaires.

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« Il y en a plus d’un [pits] « Nous avons vu Mars sur Mars », a déclaré Brandon Johnson, géophysicien à l’Université Purdue. Intéressé par le commerce. « Mais ils sont vraiment intéressants car ce sont des endroits où les astronautes pourraient se rendre et être à l’abri des radiations. »

Grâce à ce refuge, cela pourrait aussi être un endroit prometteur pour rechercher des signes de vie microbienne. Sans magnétosphère significative ou totale, barrière qui protège la vie sur Terre du rayonnement solaire, l’étreinte intérieure de Mars serait la seule source de protection naturelle disponible.

De plus, même si la surface de Mars peut descendre à des températures allant de -80 à -160 degrés Fahrenheit, vivre sous terre peut éviter que des formes de vie ne meurent de froid. Sur Terre, la température de l’environnement souterrain est toujours de 63 degrés Fahrenheit, peu importe où vous allez dans le monde.

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Sur Mars, explique Johnson, on ne sait pas quelle est la température souterraine, mais il n’est pas exagéré d’imaginer quelque chose de similaire.

Des propositions sont formulées pour envoyer un véhicule spécialisé sur Mars pour descendre dans ces lucarnes dans le but d’y étudier l’environnement. Alors que jusqu’à présent, les rovers se limitaient aux véhicules à roues, des tests sont en cours pour des rovers serpentins qui « spirent » à travers la Terre plutôt que de rouler. Leur permettant de monter et descendre les murs, sur des terrains plus accidentés et même sur la glace. Elles ont été conçues principalement pour une expédition hypothétique sur la lune glacée de Saturne, Encelade, mais il n’y a aucune raison pour que les sondes serpent ne puissent pas être utilisées pour explorer les tubes de lave sur Mars – ce serait probablement un point de départ plus simple de toute façon. Et

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Une vidéo captivante montre de mystérieux calmars des grands fonds serrant des œufs : ScienceAlert

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Une vidéo captivante montre de mystérieux calmars des grands fonds serrant des œufs : ScienceAlert

Dans les eaux froides et sombres du golfe de Californie, un étrange calmar a été découvert en train d’observer ses petits.

Dans des profondeurs hors de portée du soleil, un véhicule télécommandé a repéré une espèce de céphalopode que peu d’humains, voire aucun, auraient jamais vu. Elle tenait fermement une grappe d’œufs dans ses bras.

Ce serait déjà assez inhabituel en soi ; Peu de calmars couvent leurs œufs de cette manière. Mais ces œufs étaient également inhabituellement gros, étant deux fois plus gros que les autres œufs de calmar en incubation.

« Les fonds marins constituent le plus grand espace habitable sur Terre et il y a beaucoup à découvrir. » déclare le scientifique marin Stephen Haddock Institut de recherche sur l’aquarium de la baie de Monterey (MBARI).

« Notre rencontre inattendue avec des œufs de calmar géant a attiré l’attention de tout le monde dans la salle de contrôle du navire. Cette observation remarquable souligne la diversité des façons dont les animaux s’adaptent aux défis uniques de la vie dans les profondeurs. »

La lumière du soleil ne peut pas pénétrer dans les profondeurs où se trouve ce calmar. En conséquence, il fait toujours très froid et sombre. (Mbaré/YouTube)

Bien que les stratégies de reproduction d’un certain nombre d’espèces de calmars restent un mystère, celles dont nous connaissons généralement quelque chose. Ils ont une approche parentale « shot and run », où les œufs sont laissés dans des boules de mucus gélatineuses géantes et bizarres, ou sont déposés directement sur le fond marin.

Mais nous en savons encore moins sur les calmars qui se reproduisent dans les profondeurs de l’océan, où nos explorations ont à peine pénétré.

Avec les véhicules télécommandés, on commence à en apprendre davantage. Les chercheurs contrôlant ces navires scientifiques depuis un navire à la surface ont vu un certain nombre de calmars des grands fonds transportant des centaines d’œufs, liés ensemble dans une feuille qui permet à la mère de regarder les précieux bébés grandir et éclore en larves qui peuvent nager librement et se débrouiller seuls.

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Ce calamar et ses petits, récemment annoncés, ont été repérés lors d’une expédition dans le golfe de Californie en 2015. Lors d’une des plongées, le ROV Dr Ricketts J’ai rencontré le monstre qui se cache à une profondeur de 2 566 mètres (8 419 pieds), en plein milieu de la mer. Zone de profondeur.

Bien que les ROV MBARI aient observé jusqu’à présent un total de 17 calmars couveurs, la plupart ont des plaques d’œufs plus petites, transportant jusqu’à 3 000 œufs à la fois. Les chercheurs ont estimé que cette mère calmar ne portait que quelques œufs, peut-être 30 ou 40. Chaque œuf était gros, jusqu’à 11,7 mm (0,46 po) de diamètre.

Peut-être que tu appartiens à Gonatidés, ou calmar brassard, famille. Bien qu’il s’agisse des premiers calmars reproducteurs connus avec des œufs aussi gros, d’autres espèces de calmars qui pondent de gros œufs nous donnent une idée des avantages d’une plus grande taille par rapport à un plus grand nombre.

Naturellement, avoir un plus grand nombre de descendants augmente les chances que certains survivent jusqu’à l’âge adulte et donnent naissance à leurs propres bébés calamars. Mais les conditions dans les profondeurs marines sont plus stables et prévisibles que dans les eaux situées au-dessus, où la disponibilité de nourriture ou de prédateurs peut être plus préoccupante.

Cela signifie que des œufs plus gros qui éclosent avec des larves plus grosses et plus robustes pourraient constituer une meilleure stratégie de reproduction. C’est ce que les scientifiques ont observé chez quelques autres espèces (non couveuses) qui vivent dans les profondeurs marines.

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Porter des œufs est probablement une excellente stratégie pour assurer leur sécurité à mesure que les bébés grandissent. Les chercheurs estiment qu’il faut entre un et quatre ans pour que les embryons se développent pleinement, ce qui est long pour être vulnérables. Ce calmar nouvellement découvert prend la survie de sa progéniture si au sérieux qu’elle se sacrifiera pour cela.

« L’incubation est très épuisante pour la mère du calmar. Elle ne mange pas pendant qu’elle porte ses œufs et finit par mourir après l’éclosion de ses œufs. Mais ses sacrifices améliorent les chances de survie de sa progéniture. Ce n’est qu’une des nombreuses adaptations remarquables qui peuvent aider les céphalopodes à survivre. dans les profondeurs de la mer. » Le biologiste marin Henk Jan Hoving expliqueanciennement chez MBARI, travaille désormais au Centre GEOMAR-Helmholtz pour la recherche océanique à Kiel, en Allemagne.

« Les calmars jouent un rôle important dans l’océan – ce sont de féroces prédateurs et une source de nourriture vitale pour de nombreux animaux, même les humains – mais nous avons encore beaucoup à apprendre sur les calmars des grands fonds. »

Cette découverte a été documentée dans la revue écologie.

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L’étude a révélé que l’eau douce est apparue pour la première fois sur Terre il y a 4 milliards d’années.

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L’étude a révélé que l’eau douce est apparue pour la première fois sur Terre il y a 4 milliards d’années.

L’eau douce provenant de sources atmosphériques est apparue sur Terre il y a environ 4 milliards d’années, soit 500 millions d’années plus tôt qu’on ne le pensait, selon une nouvelle étude publiée dans la revue Nature Geoscience.

Lorsque la Terre s’est formée pour la première fois il y a environ 4,5 milliards d’années, au début de la période géologique connue sous le nom d’Hadéen, elle était initialement en fusion. Au fur et à mesure que sa couche externe se refroidissait, la croûte de la planète s’est formée. Cependant, la chronologie de l’apparition des réservoirs d’eau douce sur Terre reste jusqu’à présent incertaine.

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Sanglant pour se mettre à l'abri du sang

Simuler la Terre à ses débuts

(Image : Simon Marchi/NASA)

Les chercheurs ont trouvé des traces d’eau douce dans d’anciens cristaux de zircon des Jack Hills en Australie occidentale. En effectuant une analyse isotopique de l’oxygène sur ces cristaux, ils ont déterminé le début du cycle hydrologique. Résistants aux intempéries et aux changements environnementaux, ces zircons sont les plus anciens de la Terre et fournissent des informations rares et profondes sur les débuts de l’histoire de la planète.

« Nous avons pu retracer les origines du cycle hydrologique, qui est le mouvement continu de l’eau entre la terre, les océans et l’atmosphère à travers des processus tels que l’évaporation et les précipitations, Dr Hamid Jamal Al-Din, chercheur principal à l’École de la Terre et des précipitations. Les sciences planétaires de l’Université Curtin et de l’Université Khalifa aux Émirats arabes unis ont déclaré : Ce cycle est essentiel au maintien des écosystèmes et de la vie sur notre planète.

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Docteur"C'est un monde de dessin animé de premier ordre avec la marque australienne Hells City, ce qui permet à tout le monde de le porter facilement. Merci beaucoup.Docteur"C'est un monde de dessin animé de premier ordre avec la marque australienne Hells City, ce qui permet à tout le monde de le porter facilement. Merci beaucoup.

Le Dr Hugo K. H. Ollerock tient la roche contenant les cristaux de zircon qui ont permis de déterminer la découverte.

(Image : Université Curtin)

Le Dr Jamal Al-Din a expliqué que l’analyse d’anciens zircons a retardé de 500 millions d’années l’apparition de l’eau douce sur Terre. « En examinant de petits cristaux de zircon, nous avons trouvé des signatures isotopiques de l’oxygène exceptionnellement légères, qui indiquent une interaction avec l’eau douce plutôt qu’avec l’eau salée de l’océan, remontant à 4 milliards d’années », a-t-il déclaré.

Les isotopes légers de l’oxygène résultent généralement de réactions entre l’eau chaude et douce et les roches situées à plusieurs kilomètres sous la surface de la Terre. « Pour que les zircons que nous avons analysés aient des signatures d’oxygène aussi légères, les roches doivent avoir été altérées par l’eau douce, fondues, puis solidifiées à nouveau : « Cette preuve de l’eau douce il y a 4 milliards d’années remet en question l’hypothèse. théorie selon laquelle « La Terre était entièrement recouverte par l’océan à cette époque ».

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Jacques Hales Posterilia Urbanisme Plus tard, il y a plus d'aventures dans un monde plus moderneJacques Hales Posterilia Urbanisme Plus tard, il y a plus d'aventures dans un monde plus moderne

L’endroit où la roche a été trouvée

(Image : NASA/GSFC/METI/ERSDAC/JAROS et équipe scientifique américano-japonaise ASTER)

Le Dr Hugo KH Ollerock, également de l’École des sciences de la Terre et des planètes de l’Université Curtin et membre de l’équipe de recherche, a souligné l’importance de cette découverte pour comprendre la formation de la Terre et l’origine de la vie.

« Cette découverte met non seulement en lumière les débuts de l’histoire de la Terre, mais suggère également que les continents et l’eau douce ont ouvert la voie à l’émergence de la vie dans un laps de temps relativement court, moins de 600 millions d’années après la formation de la Terre. Nos recherches représentent une avancée majeure. dans la compréhension des débuts de l’histoire de la Terre et ouvre les portes aux études futures sur les origines de la vie.

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