par Mark « Crowley » Russell

Une nouvelle étude suggère que la bioluminescence chez les animaux a évolué il y a au moins 540 millions d’années, soit environ 300 millions d’années plus tôt que ce qui avait été enregistré précédemment.

L’étude menée par des scientifiques de Musée national d’histoire naturelle Smithsonian Il a été suggéré que ce trait a d’abord évolué dans une sous-classe d’anthozoaires – la classe qui contient des coraux et des anémones – connue sous le nom d’octocorallia, qui comprend tous les coraux mous, les coraux bleus et les pennatules.

La bioluminescence – dans laquelle les organismes produisent de la lumière par des réactions chimiques – a évolué au moins indépendamment 94 fois dans la natureIl est utilisé dans un large éventail de comportements, allant de la communication et de la parade nuptiale au camouflage et à la chasse. On le trouve dans un large éventail d’espèces marines et terrestres, depuis les bactéries, champignons et insectes jusqu’aux dinoflagellés, poissons et méduses.

Jusqu’à présent, le plus ancien exemple connu de bioluminescence chez les animaux marins se situerait il y a environ 267 millions d’années chez les palourdes, petits crustacés répandus – dont environ 13 000 espèces – dans les eaux du monde. Mais où et quand ce phénomène est apparu reste entouré de mystère.

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« Nous voulions connaître le moment de l’origine de la bioluminescence », a déclaré Danielle DeLeo, auteur principal de l’étude. « Les coraux originaux sont l’un des groupes d’animaux les plus anciens de la planète connus pour leur bioluminescence. » « Alors, la question était : quand ont-ils développé cette capacité ?

L’équipe a commencé le processus en utilisant un arbre évolutif détaillé pour les huit coraux, composé de données génétiques de 185 espèces vivantes différentes, précédemment publié par Andrea Quattrini et Catherine McFadden, deux des co-auteurs de la nouvelle étude. En comparant les huit fossiles de coraux de structure similaire provenant d’époques connues avec des spécimens plus récents, l’équipe a pu déterminer le moment où les espèces ont divergé et se sont divisées en branches distinctes du registre évolutif.

Les scientifiques ont utilisé cette comparaison pour effectuer une « reconstruction de l’état ancestral », un processus par lequel les caractéristiques connues des espèces vivantes peuvent être extrapolées dans le temps pour retrouver leurs ancêtres communs.

« Si nous savons que ces huit espèces de coraux vivant aujourd’hui sont bioluminescentes, nous pouvons utiliser les statistiques pour déduire si leurs ancêtres étaient très susceptibles d’être bioluminescents ou non », a déclaré Quattrini. « Plus il y a d’espèces vivantes ayant un trait commun, plus il est probable qu’en remontant le temps, ces ancêtres auraient probablement eu ce trait également. »

La méthodologie établie a révélé que l’ancêtre commun le plus récent des huit coraux était lui-même bioluminescent, plaçant l’origine du phénomène il y a environ 542 millions d’années au début du Cambrien, période de l’histoire de la Terre où la vie multicellulaire commençait déjà à s’implanter. .

Après avoir déterminé la période pendant laquelle la bioluminescence a probablement évolué, la question suivante que se posent les scientifiques est la suivante : Pourquoi Évolué. À quoi servait-il chez les polypes coloniaux aveugles ? Pourquoi a-t-il évolué chez d’autres espèces non apparentées ? Pourrait-il avoir évolué encore plus tôt, chez les ancêtres des huit coraux ?

540 millions d’années, c’est un long chemin à parcourir. Les yeux et d’autres organes sensibles à la lumière ont déjà évolué et sont présents dans les premiers organismes du Cambrien tels que les trilobites, ce qui, selon les scientifiques, rend plausible l’idée que la bioluminescence soit utilisée comme forme de communication entre les anthozoaires et d’autres créatures, peut-être comme moyen de défense. mécanisme.

L’équipe souligne également des études antérieures suggérant que la réaction chimique à l’origine de la bioluminescence pourrait avoir évolué comme un mécanisme permettant d’éliminer l’excès d’oxygène – qui peut être toxique pour la vie marine en quantité suffisante – et que la lumière résultante a été récupérée comme moyen de communication. . À un stade ultérieur du développement des organismes.

Quelles que soient ses origines, le fait que la bioluminescence existe depuis si longtemps suggère qu’elle a un objectif évolutif réussi. DeLeo a déclaré qu’elle et certains des co-auteurs de l’étude travaillaient actuellement sur une « comptabilité complète » du nombre d’environ 3 000 espèces de coraux bioluminescents qui ont perdu cette caractéristique.

Ils espèrent que le test permettra de mieux comprendre comment et quand la bioluminescence a évolué pour la première fois, ajoutant qu’il est possible que de futures études déterminent qu’elle est en réalité plus ancienne.

L’article « Evolution of bioluminescence in Anthozoa with a focus on Octocoralia » de Daniel M. DeLeo, Manabu Bishō-Uehara, Stephen H. D. Haddock, Catherine S. Macfadyen et Andrea M. Quattrini est publié sous licence en libre accès dans Actes de la Royal Society B.

Crowley (connu par sa mère sous le nom de Mark) a accepté son emploi dans l’informatique en 2005 et a passé les neuf années suivantes à travailler comme professionnel de la plongée à temps plein. Il a commencé à écrire pour DIVE en 2010 et n’a pas arrêté depuis.

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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. »

Les perroquets sont des créatures naturellement sociales. En captivité, où ils n’ont généralement pas de troupeau avec qui interagir, cela peut présenter de réels défis pour les garder heureux et en bonne santé. Mais des recherches récentes suggèrent que la technologie pourrait les aider à répondre davantage à leurs besoins sociaux. une Dirigé par des chercheurs de Université de Glasgow La Northeastern University a comparé les réponses des perroquets lorsqu’ils avaient la possibilité de discuter en vidéo avec d’autres oiseaux via Meta’s Messenger par rapport au visionnage de vidéos préenregistrées. Ils semblent préférer les conversations en temps réel.

La recherche s’appuie sur les résultats d’une série de petites études menées au cours des dernières années, dont une dans laquelle l’équipe a entraîné des perroquets de compagnie à passer des appels vidéo entre eux (avec l’assistance humaine) et une autre dans laquelle on leur a appris à jouer à des jeux sur tablette. Lors de la dernière expérience, neuf propriétaires de perroquets ont reçu des comprimés pour se préparer à accueillir leurs animaux de compagnie, puis ont été surveillés pendant six mois. Au cours de cette période, les perroquets, initialement présentés les uns aux autres par chat vidéo, ont pu s’appeler pendant jusqu’à trois heures, réparties sur 12 sessions. La moitié de ces sessions comprenaient des vidéos préenregistrées, tandis que l’autre moitié était des chats vidéo en direct via Messenger.

Les soignants qui ont enregistré les séances ont rapporté que les oiseaux semblaient plus engagés lors des interactions en direct. Ils ont lancé plus d’appels dans ces scénarios et ont passé en moyenne plus de temps à interagir avec les oiseaux à l’autre bout du fil.

Au cours de chaque session, les perroquets étaient autorisés à passer jusqu’à deux appels, et les chercheurs ont constaté que ceux qui parlaient via Messenger atteignaient cette limite 46 % du temps, contre environ la moitié lorsqu’ils regardaient des vidéos préenregistrées. Au total, ils ont passé 561 minutes à discuter en vidéo sur Messenger, contre seulement 142 minutes à regarder des vidéos préenregistrées.

« L’apparence » vivante « semble avoir fait une différence dans les interactions des perroquets avec leurs parades. » Le Dr Elena Hercej Douglas a déclaré, même s’il convient de noter qu’une étude plus approfondie sera nécessaire avant de pouvoir tirer des conclusions définitives. « Leur comportement lors de l’interaction avec un autre oiseau vivant reflétait souvent les comportements qu’ils adopteraient avec d’autres perroquets dans la vie réelle, ce qui n’était pas le cas dans les sessions préenregistrées. » Cependant, les soignants ont généralement signalé que les appels en direct et préenregistrés semblaient avoir un effet positif sur les oiseaux.

« Internet recèle un grand potentiel pour donner aux animaux la possibilité d’interagir les uns avec les autres de nouvelles manières, mais les systèmes que nous construisons pour les aider à y parvenir doivent être adaptés à leurs besoins spécifiques et à leurs capacités physiques et mentales », a déclaré le médecin. Hersky Douglas. « Des études comme celle-ci peuvent aider à jeter les bases d’un Internet véritablement centré sur les animaux. »