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L’extinction de masse induite par le climat que personne n’a vue – jusqu’à présent

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Les principaux groupes fossiles ont été utilisés pour dévoiler l’extinction Eocène-Oligocène de l’Afrique avec les primates à gauche, et les hyaenodontes carnivores, en haut à droite, et les rongeurs, en bas à droite. Ces fossiles proviennent de la dépression du Fayoum en Égypte et sont stockés dans le département du Duke Lemur Monkey Fossil Center. Crédit : Matt Borths, Duke University Lemur Center

Les fossiles du groupe Duke révèlent un événement d’extinction de masse jusqu’alors inconnu en Afrique.

Soixante trois pour cent. C’est la proportion d’espèces de mammifères qui ont disparu d’Afrique et de la péninsule arabique il y a environ 30 millions d’années, après que le climat de la Terre est passé de marécageux à glacial. Mais nous ne le découvrons que maintenant.

Rassemblant des décennies de travail, une nouvelle étude a été publiée cette semaine dans la revue Biologie de la communication Rapports d’un événement d’extinction auparavant non documenté qui a suivi la transition entre les périodes géologiques appelées l’Éocène et l’Oligocène.

Cette période a été marquée par un changement climatique dramatique. Dans un renversement de ce qui se passe aujourd’hui, la Terre s’est refroidie, les calottes glaciaires se sont élargies, le niveau de la mer a baissé, les forêts commencent à se transformer en prairies et le dioxyde de carbone se raréfie. Près des deux tiers de toutes les espèces connues en Europe et en Asie ont disparu à cette époque.

On pense que les mammifères africains peuvent avoir survécu indemne. Le climat tempéré de l’Afrique et sa proximité avec l’équateur auraient pu servir de tampon contre les pires tendances froides de la période.

Tomodensitométrie des dents de mammifères

Les tomodensitogrammes dentaires montrent que les dents des mammifères sont devenues moins diversifiées au cours des premiers événements d’extinction de l’Oligocène. Vous trouverez ci-dessous un exemple de la forme tridimensionnelle d’une dent d’une molaire inférieure d’un rongeur tympanique fossile. Crédit : Dorian de Vries, Université de Salford

Aujourd’hui, grâce à une importante collection de fossiles retrouvés dans la division du Duke Lemur Fossil Monkey Center (DLCDFP), des chercheurs ont montré que malgré leur environnement relativement tempéré, les mammifères africains étaient tout aussi touchés que ceux d’Europe et d’Asie. La collection était l’œuvre de feu Elwin Simmons Duke, qui a parcouru les déserts égyptiens à la recherche de fossiles pendant des décennies.

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L’équipe, composée de chercheurs des États-Unis, d’Angleterre et d’Égypte, a examiné les fossiles de cinq groupes de mammifères : un groupe de carnivores éteints appelés hyaenodontes, deux groupes de rongeurs, des furets (écureuils à queue écailleuse) et des hystricognaths (un groupe qui comprend les porcs-épics et les rats-taupes nus). , et deux groupes de primates, les strepsirhins (lémuriens et loris), et nos ancêtres, les hominidés (singes et singes).

par Recueillir des données sur des centaines de fossiles À partir de plusieurs sites en Afrique, l’équipe a pu construire des arbres évolutifs pour ces groupes, déterminer quand de nouvelles lignées ont divergé et horodater la première et la dernière apparition connue de chaque espèce.

Leurs résultats montrent que les cinq groupes de mammifères ont subi de lourdes pertes autour de la limite Eocène-Oligocène.

« C’était un véritable bouton de réinitialisation », a déclaré Doreen de Vries, chercheuse postdoctorale à l’Université de Salford et auteur principal du document de recherche.

Après quelques millions d’années, ces groupes ont commencé à réapparaître dans les archives fossiles, mais avec un nouveau look. Les espèces fossiles qui ont réapparu plus tard à l’Oligocène, après la grande extinction, ne sont pas les mêmes que celles trouvées auparavant.

« Il est très clair qu’il y a eu un événement d’extinction massive, puis une période de récupération », a déclaré Stephen Heritage, chercheur et auteur numérique au DLCDFP de l’Université Duke et co-auteur du document de recherche.

La preuve se trouve dans les dents de ces animaux. Les molaires peuvent nous en dire beaucoup sur ce que mangent les mammifères, ce qui nous en dit beaucoup sur leur environnement.

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Les rongeurs et les singes qui réapparaissent après quelques millions d’années ont des dents différentes. Il s’agissait de nouvelles espèces, mangeant des choses différentes et ayant des habitats différents.

« Nous constatons une perte significative de diversité dentaire, puis une période de récupération avec de nouvelles formes de dents et de nouvelles adaptations », a déclaré de Vries.

« L’extinction est très intéressante de cette manière », a déclaré Matt Borths, conservateur du DLCDFP à l’Université Duke et co-auteur de l’article. « Cela tue des choses, mais cela ouvre aussi de nouvelles opportunités écologiques pour les lignées qui vivent dans ce nouveau monde. »

Cette diminution de la diversité suivie d’un rétablissement confirme que la limite Eocène-Oligocène était un goulot d’étranglement évolutif : la plupart des lignées se sont éteintes, mais quelques-unes ont survécu. Au cours des prochains millions d’années, ces stries survivantes se sont diversifiées.

Eric R. a dit : Seifert, professeur et président du Département des sciences anatomiques intégratives de la Keck School of Medicine de l’Université de Californie du Sud, ancien étudiant diplômé de Simons et premier co-auteur de l’article. « Cette forme d’âge ancestrale a déterminé ce qui était possible en termes de diversification alimentaire ultérieure. »

« Il y a une histoire intéressante sur le rôle d’un goulot d’étranglement dans notre histoire évolutive précoce », a déclaré Seifert. « Nous avons failli ne jamais l’avoir été, si nos ancêtres simiesques avaient disparu il y a 30 millions d’années. Heureusement, ils ne l’ont pas fait. »

L’évolution rapide du climat n’était pas le seul défi auquel ces quelques espèces de mammifères restantes étaient confrontées. Alors que les températures se refroidissaient, l’Afrique de l’Est a connu une série d’événements géologiques majeurs, tels que des éruptions supervolcaniques et des inondations basaltiques – des éruptions massives qui ont recouvert de vastes zones de roche en fusion. C’est également à cette époque que la péninsule arabique se sépare de l’Afrique orientale et ouvre la mer Rouge et le golfe d’Aden.

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« Nous avons perdu beaucoup de diversité à la frontière éocène-oligocène », a déclaré Borths. « Mais les espèces qui ont survécu avaient apparemment suffisamment d’outils pour survivre dans ce climat instable. »

« Les changements climatiques à travers les temps géologiques ont façonné l’arbre de vie évolutif », a déclaré Hisham Salam, fondateur du Centre de paléontologie des vertébrés à l’Université Mansoura en Égypte et co-auteur de l’article. « Collecter des preuves du passé est le moyen le plus simple d’apprendre comment le changement climatique affecte les écosystèmes. »

Référence : « The Extensive Loss of Mammal Lineage and Dietary Diversity in Early Oligocene Arab Africa » par Dorien de Vries, Steven Heritage, Matthew R. Borths, Hesham M. Sallam et Erik R. Seiffert, 7 octobre 2021, Biologie de la communication.
DOI : 10.1038 / s42003-021-02707-9

Le financement de cette étude est venu de la Fondation Leakey, de la National Science Foundation des États-Unis (BSC-1824745 à DD. et DBI-1612062 à MRB) et du Natural Environment Research Council (NERC NE/T000341/1). Les travaux sur le terrain dans la dépression du Fayoum, en Égypte, et la stérilisation numérique des fossiles du Fayoum ont été soutenus par la National Science Foundation des États-Unis (BCS-0416164, BCS-0819186 et BCS-1231288) ainsi que Gordon et Ann Getty et The Leakey Foundation. La numérisation Micro-CT a été financée en partie par une subvention NSF DBI-1458192 et DBI-2023087 et une subvention IMLS MA-245704-OMS-20.

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Des fossiles d’anciens reptiles ressemblant à des crocodiles découverts au Brésil

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Des fossiles d’anciens reptiles ressemblant à des crocodiles découverts au Brésil
Brasilia :

Un scientifique brésilien a découvert des fossiles de petits reptiles ressemblant à des crocodiles qui vivaient pendant la période du Trias, des millions d’années avant l’apparition des premiers dinosaures.

Les fossiles du prédateur, appelé Parvosuchus aureloi, comprennent un crâne complet, 11 vertèbres, un bassin et quelques os de membres, selon le paléontologue Rodrigo Muller de l’Université fédérale de Santa Maria dans l’État de Rio Grande, auteur de la recherche publiée jeudi. Journal des rapports scientifiques.

Parvosuchus, qui vivait il y a environ 237 millions d’années, marchait sur quatre pattes et mesurait environ un mètre de long et se nourrissait de reptiles plus petits. Les fossiles ont été découverts dans le sud du Brésil. Parvosuchus, qui signifie « petit crocodile », appartient à une famille éteinte de reptiles appelée Gracilissuchidae, qui jusqu’à présent n’était connue qu’en Argentine et en Chine.

« Les Gracilisuchidae sont des organismes extrêmement rares dans le monde paléontologique », a déclaré Mueller à Reuters. « Ce groupe est particulièrement intéressant car ils vivaient juste avant l’aube des dinosaures. Les premiers dinosaures vivaient il y a 230 millions d’années. »

Parvosuchus était un prédateur terrestre. Gracili suchidae représente l’une des branches les plus anciennes de la lignée connue sous le nom de Pseudosuchia qui comprenait plus tard la branche alligator.

Parvosuchus a vécu à une époque d’innovation évolutive à la suite de la pire extinction massive sur Terre il y a 252 millions d’années, avec plusieurs groupes de reptiles en compétition avant que les dinosaures ne deviennent finalement dominants. Les derniers membres des Gracilisuchidae ont incontestablement disparu environ sept millions d’années avant l’apparition des premiers dinosaures.

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(Cette histoire n’a pas été éditée par le personnel de NDTV et est générée automatiquement à partir d’un flux syndiqué.)

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Une technique spectroscopique qui identifie les molécules d’eau sur une surface révèle comment elles se relâchent après agitation

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Une technique spectroscopique qui identifie les molécules d’eau sur une surface révèle comment elles se relâchent après agitation

Cet article a été révisé selon Science Processus d’édition
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Diagramme schématique du processus de relaxation vibratoire de l’étirement de OH dans l’air/eau (H2o)Interface. crédit: Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-45388-8

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Diagramme schématique du processus de relaxation vibratoire de l’étirement de OH dans l’air/eau (H2o)Interface. crédit: Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-45388-8

Une image plus complète de la façon dont les molécules d’eau excitées lorsqu’elles interagissent avec l’air perdent leur énergie a été révélée par les scientifiques de RIKEN dans une étude. publié Dans le magazine Communications naturelles. Ce résultat sera précieux pour mieux comprendre les processus se produisant à la surface de l’eau.

L’eau est une anomalie à bien des égards. Par exemple, ses points de congélation et d’ébullition sont beaucoup plus élevés que prévu, et il est moins dense sous forme solide (glace) que sous forme liquide.

Presque toutes les propriétés inhabituelles de l’eau proviennent des liaisons faibles qui se forment et se brisent constamment entre les molécules d’eau voisines. Ces liaisons, appelées liaisons hydrogène, surviennent parce que l’oxygène attire davantage les électrons que l’hydrogène. Ainsi, l’oxygène légèrement négatif d’une molécule est attiré vers les atomes d’hydrogène légèrement positifs des autres molécules.

Mais un petit segment de molécules d’eau – celles à la surface – subit les liaisons hydrogène différemment des autres molécules d’eau. Dans leur cas, le bras qui dépasse dans l’air ne forme pas de liaisons hydrogène.

Jusqu’à présent, personne n’était capable de comprendre comment les bras de ces molécules de surface se détendaient après avoir été étirés. En effet, il est très difficile d’isoler le signal de ces molécules.

« Nous avons une bonne connaissance du comportement des molécules d’eau dans un corps liquide, mais notre compréhension des molécules d’eau à l’interface est loin derrière », explique Tahi Tahara du laboratoire de spectroscopie moléculaire RIKEN.

Au cours de la dernière décennie, une équipe dirigée par Tahara a tenté de remédier à cette situation en développant des techniques spectroscopiques très sophistiquées pour explorer les interactions des molécules d’eau sur les surfaces.

L’équipe a maintenant développé une technique basée sur la spectroscopie infrarouge, suffisamment sensible pour détecter la façon dont les liaisons oxygène et hydrogène dans les molécules d’eau de surface se relâchent.

Grâce à cette technique, l’équipe a découvert que les liaisons oxygène et hydrogène coincées dans l’air tournent en premier sans perdre d’énergie. Ils se détendent ensuite d’une manière similaire aux molécules d’un corps liquide qui forment un réseau de liaisons hydrogène.

« En ce sens, il n’y a pas beaucoup de différence entre les molécules à l’interface et à l’intérieur du liquide après avoir interagi avec leurs voisines, car elles partagent toutes deux le même processus de relaxation », explique Tahara. « Ces résultats dressent un tableau complet de la façon dont les liaisons oxygène et hydrogène se détendent à la surface de l’eau. »

Tahara et son équipe ont désormais l’intention d’utiliser leur technique spectroscopique pour observer les réactions chimiques qui se produisent à l’interface de l’eau.

Plus d’information:
Woongmo Sung et al., Profil de relaxation vibratoire unifié de l’étirement de l’OH à l’interface air/eau, Communications naturelles (2024). est ce que je: 10.1038/s41467-024-45388-8

Informations sur les magazines :
L’intelligence artificielle de la nature


Communications naturelles


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Supraconductivité à haute température : exploration du couplage électron-phonon en quadrature

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Supraconductivité à haute température : exploration du couplage électron-phonon en quadrature

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Une image conceptuelle de la formation des pôles quantiques. Les boules bleues représentent les ions chargés positivement dans le réseau matériel et les deux points rouges représentent les paires de Cooper. Crédit : Pavel A. Volkov.

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Une image conceptuelle de la formation des pôles quantiques. Les boules bleues représentent les ions chargés positivement dans le réseau matériel et les deux points rouges représentent les paires de Cooper. Crédit : Pavel A. Volkov.

Nouvelle étude publié dans Lettres d’examen physique (PRL) explore le potentiel du couplage électron-phonon en quadrature pour améliorer la supraconductivité grâce à la formation de dipôles quantiques.

Le couplage électron-phonon est l’interaction entre les électrons et les vibrations dans un réseau appelé phonons. Cette interaction est cruciale pour la supraconductivité (conductivité électrique sans résistance) de certains matériaux car elle facilite la formation de paires de Cooper.

Les paires de Cooper sont des paires d’électrons liés entre eux via des interactions attractives. Lorsque ces paires de Cooper se condensent dans un état cohérent, nous obtenons des propriétés supraconductrices.

Le couplage électron-phonon peut être classé en fonction de sa dépendance au déplacement du phonon, c’est-à-dire la quantité de vibration du réseau. Le cas le plus courant est celui où la densité électronique est couplée linéairement aux déplacements du réseau, provoquant une distorsion du réseau pour entourer chaque électron.

Les chercheurs voulaient étudier si la supraconductivité des matériaux présentant un couplage quadratique pouvait être améliorée lorsque l’énergie d’interaction est proportionnelle au carré du décalage des phonons.

Phys.org s’est entretenu avec les co-auteurs de l’étude, Zhaoyu Han, Ph.D. Candidat à l’Université de Stanford et Dr Pavel Volkov, professeur adjoint au Département de physique de l’Université du Connecticut.

Parlant de sa motivation derrière la poursuite de ces recherches, Hahn a déclaré : « L’un de mes rêves a été d’identifier et de proposer de nouveaux mécanismes qui pourraient aider à atteindre la supraconductivité à haute température. »

« La supraconductivité du titanate de strontium dopé a été découverte il y a plus de 50 ans, mais son mécanisme reste une question ouverte, les mécanismes classiques étant improbables. C’est pourquoi j’ai commencé à rechercher des mécanismes alternatifs de couplage électron-phonon », a déclaré le Dr Volkov.

Le couplage linéaire et ses défis pour la supraconductivité

Comme mentionné précédemment, le couplage peut être classé comme linéaire ou quadratique.

Le couplage linéaire fait référence au scénario dans lequel le couplage est proportionnel au déplacement des phonons. En revanche, le couplage quadratique dépend du carré du décalage des phonons.

Ils peuvent être identifiés grâce à l’étude de la symétrie de la matière, aux observations expérimentales et aux cadres théoriques. Cependant, leurs effets sur la supraconductivité semblent très différents.

Le couplage linéaire, qui apparaît dans la plupart des matériaux supraconducteurs, est largement étudié en raison de sa prévalence dans de nombreux matériaux et de son cadre théorique.

Cependant, les supraconducteurs conventionnels dotés d’un couplage électron-phonon linéaire sont confrontés à des limites. Ces matériaux ont une faible température critique, qui est la température en dessous de laquelle un matériau peut présenter une supraconductivité.

« Les températures critiques de ces supraconducteurs sont généralement inférieures à 30 Kelvin ou -243,15 degrés Celsius. Cela est dû en partie au fait que l’énergie de liaison et l’énergie cinétique de la paire Cooper sont considérablement supprimées dans les régimes de couplage faible et fort, respectivement », a expliqué Hahn.

Dans le cas d’un couplage faible, les interactions électron-phonon sont faibles en raison de la faible énergie de liaison. En couplage fort, les interactions sont plus fortes, conduisant à une augmentation de la masse effective des paires de Cooper, ce qui conduit à la suppression de la supraconductivité.

Cependant, la suppression entrave tout effort visant à améliorer les températures critiques dans de tels matériaux en augmentant simplement la force de couplage, encourageant les chercheurs à explorer des matériaux dotés d’un couplage électron-phonon quadratique, qui n’est pas bien compris.

Modèle Holstein et pôles quantiques

Le modèle Holstein est un cadre théorique utilisé pour décrire l’interaction entre les électrons et les phonons. Il a déjà été utilisé pour étudier la physique générale du couplage linéaire électron-phonon.

Les chercheurs ont étendu le modèle Holstein pour inclure le couplage électron-phonon en quadrature dans leur étude.

Le modèle Holstein aide à calculer des quantités telles que l’énergie de liaison des paires de Cooper et la température critique des supraconducteurs.

Dans les matériaux conventionnels, la liaison des électrons médiée par les phonons conduit à la formation de paires de Cooper.

L’interaction est linéaire, ce qui signifie que la force de couplage augmente avec l’amplitude des vibrations du réseau. Cette interaction peut être comprise à l’aide des principes de la physique classique et est bien étayée par des observations expérimentales telles que les effets isotopiques.

Dans le cas d’une conjonction quadratique, la situation est complètement différente. En étendant le modèle Holstein pour inclure la dépendance du second ordre du couplage au déplacement des phonons, les chercheurs ont pris en compte les fluctuations quantiques (mouvement aléatoire) des phonons et leur énergie du point zéro (l’énergie des phonons à 0 K ).

Les électrons interagissent avec les fluctuations quantiques des phonons, formant un « dipôle quantique ». Contrairement au couplage linéaire, l’origine des interactions attractives est la mécanique quantique pure.

La supraconductivité est dans la limite du couplage faible et fort

Les chercheurs ont découvert que lorsque l’interaction électron-phonon est faible, le mécanisme par lequel les électrons s’apparient pour former des paires de Cooper n’est pas efficace, comme dans le cas linéaire. Il en résulte une température critique plus basse qui peut être affectée par la masse des ions (effet isotopique), mais d’une manière différente que dans le cas linéaire.

En d’autres termes, la (basse) température critique d’une substance peut changer considérablement selon les différentes masses atomiques.

En revanche, lorsque les interactions électron-phonon sont fortes, nous obtenons la formation de dipôles quantiques, qui peuvent devenir supraconducteurs à une température déterminée par leur masse effective et leur densité.

En dessous de la température critique, les condensateurs bipolaires quantiques peuvent se déplacer librement sans perturber le cristal. Plus de mouvement conduit à un état supraconducteur, plus stable et ayant une température critique plus élevée. Contrairement au mécanisme linéaire, la masse dipolaire quantique n’est que légèrement améliorée par le couplage, ce qui permet des températures critiques plus élevées.

« Notre travail montre que ce mécanisme permet des températures de transition plus élevées, au moins pour un couplage fort. Ce qui est également positif, c’est que ce mécanisme ne nécessite aucune condition préalable particulière pour être efficace, et il existe des conditions tout à fait réalistes dans lesquelles il sera dominant », a-t-il déclaré. expliqué. Dr Volkov.

« Sur la base des constantes physiques fondamentales liées aux solides, une estimation optimiste de la température critique pouvant être atteinte par ce mécanisme pourrait être de l’ordre de 100 K », a prédit Hahn.

Travail futur

« Une implication possible, tout d’abord, serait une augmentation de la température de transition de la supraconductivité. La supraconductivité dépend également de manière sensible des propriétés des électrons ; par conséquent, pour obtenir un couplage fort, nous proposons l’utilisation de super-réseaux spécialement conçus pour les électrons. » Le Dr Volkov a expliqué.

Les chercheurs affirment que la prochaine étape, en théorie, consisterait à trouver le régime optimal de force de couplage pour la supraconductivité. Les chercheurs espèrent également que les expérimentateurs exploreront les matériaux de super-réseau présentant de grands couplages électron-phonon quadratiques.

« Expérimentalement, la création de super-réseaux via la structuration ou l’utilisation d’interfaces entre des matériaux torsadés pourrait être une voie prometteuse pour atteindre le type de supraconductivité auquel nous nous attendons », a déclaré le Dr Volkov.

Hahn a également noté qu ‘ »il est important d’identifier les matériaux présentant de grands couplages électron-phonon quadratiques grâce à des calculs préliminaires, car cela n’a pas été systématiquement exploré ».

Plus d’information:
Zhaoyu Han et al., Supraconductivité dipolaire quantique à partir du couplage électron-phonon en quadrature, Lettres d’examen physique (2024). est ce que je: 10.1103/PhysRevLett.132.226001. sur arXiv: DOI : 10.48550/arxiv.2312.03844

Informations sur les magazines :
Lettres d’examen physique


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