Nature et autres lectures scientifiques de Jacques en mars 2017

Au sommaire de ce rapport mensuel, une vexation: il n’y a qu’un seul article de cryo-ME. S’endorment-ils, mes copains?
À part cela,
–  Je recommande à ceux qui s’intéressent sérieusement à la migration d’aller voir l’original du grand tableau croisé montrant, pays par pays, l’origine et la destination des migrants (doi:10.1038/543022a).
– J’adore la cosmologie; les articles sur la matière noire au cours des âges et la prochaine observation directe d’un trou noir (tenir les pouces) nous régalent.
– Le dernier article concerne la navigation des souris dans un espace sonore. Poursuivant sur les résultats présentés et quelques idées émises j’en tire l’idée que la métrique utilisée par le cerveau pour cartographier le monde n’est peut-être pas le mètre ou la game des tonalités mais une valeur se rapportant à l’attente du sujet. Paraphrasant de Gennes citant  St John Perse, vient alors:
Que sais-je de ce monde si ce n’est où j’en suis dans la réalisation de mon intention?

Nous gardons un oeil attentif sur la cryo-ME:

Turgay, Y., Eibauer, M., Goldman, A. E., Shimi, T., Khayat, M., Ben-Harush, K., . . . Medalia, O. (2017). The molecular architecture of lamins in somatic cells. Nature, 543(7644), 261-264. doi:10.1038/nature21382. Le groupe de Zürich poursuit par cryo-tomographie le travail commencé il y a 30 ans par Ueli Aebi. Les auteurs obtiennent ainsi une cartographie de filaments de lamin à la surface de la membrane nucléaire préalablement nettoyée de la pléthore de constituants. Les cartes 3-D obtenues sont remarquables et complexes, mais, sans surprise, elles ne montrent pas les fameux carrés de Aebi qui sont sans doute des structures d’exception.

Un mois maigre! Un seul article dans Nature, mais quelques-uns dans Science.

02.03.2017, Nature 543, 7643

– 21 – 26. MIGRATION, RÉFUGIERS. Un cahier spécial. Arjun, Lucy.

L’introduction du cahier présente la meilleure source de donnée, hélas, trop dense pour être mise ici. En particulier, on y trouve le grand tableau croisé interactif avec, pour chaque pays: « Qui va où et qui vient d’où?» Nature, 543, 22–23, (02 March 2017), doi:10.1038/543022a. Version abrégée ci-dessous.

Migration1 nature 020317Migration2 nature 020317 

À part cela, plusieurs articles sont orientés vers le cas des scientifiques migrants au temps de Trump. Un autre « Migration tracking is a mess » montre combien les données soi-disant données individuelles sont mauvaises parce que le même migrant se fait identifier en différents lieux à différents moments, ou bien il veille à ne se faire voir nulle part. Prétendant faire mieux, les États en appellent à la technologie : suivi des individus par identification biométrique (les empreintes digitales, l’iris, les RX pour déterminer l’âge des jeunes) – à quand l’ADN ? – et suivis des flux de populations par images satellitaires. La tendance est la frontière Big-Data ; elle est étanche hormis aux passages strictement contrôlés où chacun est identifié de manière (presque) infalsifiable. Comme dans un supermarché, rien n’entre ni ne sort sans être scanné. L’idéal est atteint quand l’état du pays est parfaitement déterminé par l’histoire du bilan à la frontière.

On en est loin, mais l’état final sera détestable et le chemin pour y aller sera douloureux.

– 51 – 59. FER, OCÉAN, CO2. J.-Cl. Keller. Le rôle du Fe dans la géobiochimie de l’océan. Un article de synthèse inhabituellement gros pour expliquer l’«hypothèse du fer » selon laquelle la variation de la teneur en CO2 dans l’atmosphère durant les cycles de glaciation du quaternaire est due à la variation du Fe disponible dans les océans du sud. Il faut s’accrocher pour lire l’article, mais l’importance du résultat vaut l’effort. Le résultat motive les géoingénieurs du climat, car il montre comment le Fe disponible dans l’eau est subtilement dépendant de paramètres qui pourraient être manipulables.

09.03.2017, Nature 543, 7644

– 159 – 160 , 171 – 4. ORDINATEUR QUANTIQUE, BUSINESS. Gilles. La commercialisation précoce de technologies quantiques. Il n’y a pas de semaine sans que mes journaux favoris ne parlent des progrès foudroyants des ordinateurs quantiques et nous répètent que, quand ils fonctionneront, ils révolutionneront le calcul. Le principe, tel que je le comprends, est que dans la formulation quantique, un système progresse avec toutes ses potentialités jusqu’au moment où l’observation en fait exister une parmi toutes les autres qui ne sont plus. Le calcul manipule des variables à valeurs indéfinies jusqu’à ce que le résultat les noue dans la réalité concrète. On nous dit aussi que les ordinateurs quantiques pourraient faire sauter tous nos systèmes de cryptographie et que la commercialisation des premiers systèmes est lancée.

Le second article est signé par une dizaine de personnes, tout issues du laboratoire Google d’« intelligence artificielle quantique» ! On comprend que, dans ce milieu, il y a de fortes concurrences et que chacun protège farouchement sa solution. On souffle un peu en apprenant que pour factoriser un nombre de la dimension de ceux utilisés pour la cryptographie, il faudrait un ordinateur quantique formé de 100 millions de q-bit ayant chacun un taux d’erreur de 1/10’000. Aujourd’hui, on tente d’en assembler 10 à un taux d’erreur du 10e.

Alors, est-ce du hype ou se passe-t-il quelque chose qu’il faut suivre ?

Le premier article parle de classes de problèmes pour lesquels un ordinateur quantique primitif pourrait apporter un + substantiel lorsqu’il est hybridé à un ordinateur classique simulant des phénomènes de mécanique quantique, une réaction chimique ou une dynamique moléculaire par exemple. En fait, les firmes qui prétendent commercialiser quelque chose ne vendent pas d’ordinateurs, mais proposent de résoudre, sur leurs propres machines, des problèmes proposés par les clients. Dans cette approche, le vendeur se garde bien de dire ce qui, dans l’éventuel résultat, est le gain qu’apporte le prétendu «ordinateur quantique ». Les auteurs rêvent d’un cloud dans lequel se passerait la relation entre demandeurs et fournisseurs de services. Suivant la pensée pratiquée par Gilles, ils insistent sur le fait que, même si maintenant ça ne marche pas, c’est en travaillant ensemble que l’on créera les conditions qui feront que ça marchera.

Il n’empêche que, pour les auteurs de l’article, la question n’est pas de savoir si ça marchera, mais quand. Cette belle confiance, est-ce du baratin? L’article ne m’apporte pas la réponse.

 

16.03.17, Nature 543, 7645.

– 318 – 9, 397 – 401. ASTROPHYSIQUE, MATIÈRE NOIRE. Yacinta, Marc, Larry. Les vieilles galaxies ont beaucoup moins de matière noire que les récentes.

Je suis très content de nos nouveaux amis Yacinta et Marc, un joli jeune couple muni d’une qualité supplémentaire: ils sont tous les deux Dr en astrophysique. Lui a étudié la vie et l’œuvre des étoiles proche du trou noir du centre de notre galaxie. Évidemment, ces histoires titillent ma fibre astrophile. Alors, tombant sur le présent article, je n’allais pas le louper.

Quand, autour du lourd Soleil, tournent quelques planètes, infiniment plus légères, les lois régissant le cours de ces dernières est simples. Les lois de Kepler disent tout. Elles disent par exemple que les carrés des temps de révolution des planètes sont entre eux comme le cube de leur distance au Soleil. En d’autres termes (si mon calcul est correct), la vitesse de rotation d’une planète décroit comme la racine carrée de sa distance au Soleil.

La situation est bien différente et beaucoup plus compliquée pour les étoiles tournant dans une galaxie parce que chacune subit l’effet de toutes les autres. Pour notre galaxie, ou la voisine Andromède (a) la distribution observée des étoiles permet de calculer que leur vitesse de rotation en fonction de la distance au centre devrait suivre la courbe jaune. L’observation directe des vitesses montre que c’est la courbe rouge qui est correcte. Il y a presque 50 ans, cette incohérence a été le premier signe reconnu de la matière noire dont on ne connait toujours pas la nature, mais que l’on cartographie de plus en plus précisément dans l’univers tout entier et qui représente une masse bien plus grande que toute la matière « normale », celle formée d’honnêtes atomes, de protons, neutrons et électrons. La courbe bleue représente la densité de cette matière noire nécessaire à rendre compte des vitesses observées.

Distant galaxies Nature fig. comment 160317

Le présent article reprend la même étude sur 6 galaxies tellement lointaines que nous les observons ici alors qu’elles étaient en formation alors que l’univers n’avait que 20% de son âge actuel. Le résultat est représenté sur la figure b). On constate que la vitesse mesurée (rouge) et presque en accord avec celle calculée sur la base des masses visibles, suggérant ainsi que la matière noire est plus lente que la matière visible à se condenser en galaxies.

D’autres explications sont envisageables puisque l’on ne sait pas ce qu’est la matière noire, mais la cohérence qui commence à s’établir entre les différents effets que l’on attribue à la matière noire lève un peu le voile de mystère qui l’entoure (il en reste encore pas mal).

 

– 298 – 9, Science 355,6329,1038 – 1050 (7 articles). BIOLOGIE SYNTHÉTIQUE, LEVURE, CHROMOSOMES. Clément, les biologistes, Gilles, interface Science-société. (Je n’ai lu que l’article de synthèse et les commentaires dans Science et Nature; le tout est énorme). Synthèse « optimalisée » de 5 chromosomes de la levure du boulanger. Un 6e l’a été précédemment. Le consortium (>200 chercheurs) prévoit de terminer les 16 chromosomes cette année encore. (Projet Sc2.0). La synthèse n’est pas une synthèse basse à base, mais une synthèse plus instructive selon les bonnes idées du consortium. On élimine la plus grande partie des séquences répétées, beaucoup des transposons que l’on pense être du matériel génétique parasite, des trois codons STOP on vise à en remplacer un pour éventuellement inventer une nouvelle fonction de traduction, etc. Chaque labo participant y va de ses idées, apparemment coordonnées par une direction remarquable.

Je suis impressionné. Bien plus que le projet de Craig Venter de synthèse d’un organisme minimum, le projet Sc2.0 semble être une ouverture formidable sur les possibilités de la biologie synthétique. Les commentaires insistent sur le fait qu’avec CRISPR/Cas9, on dispose d’une méthode pour modifier le génome à sa guise; ici, on le conçoit à sa guise… et ça va vite.

Où va-t-on avec la biologie synthétique ? La question date, mais y apporter une réponse convenable devient urgent! On n’est pas sur la bonne voie, je le crains.

Finalement, je pense à Gilles et à son travail visant à faire collaborer développeur et futurs utilisateurs. À voir les niveaux inédits qu’atteignent les combats commerciaux en biotechnologie (e.g. CRISPR), j’espère que la Direction de Sc2.0 s’inspire du modèle Ideasbelong.

 

23.03.17, Nature 543, 7646.

– 478 – 9. TROU NOIR, ASTROPHYSIQUE. Marc et Yacinta. Comment chasser un trou noir? Un trou noir? Circulez, y’a rien à voir! Oui, mais des effets alentours, il devrait y en avoir, car un trou noir est lourd et, probablement, il tourne vite. C’est un concentré de masse et de moment cinétique. Après des années de préparations, le Event Horizon Project tentera le mois prochain un grand essai pour y aller voir.

Pour ce faire, le consortium a choisi d’observer SgrA, le probable trou noir de 4 millions de masses solaires qui se trouve au centre de notre galaxie comme aussi celui de 8 milliards de masses solaires au centre de la galaxie M87. Les difficultés sont considérables. D’une part, la surface (l’horizon) des trous noirs que le projet souhaite approcher au plus près est très petite, mille fois plus petite que ce que peut résoudre le télescope spatial. De l’autre, le centre des galaxies est dense de matière excitée qui ne laisse pas passer les fréquences optiques, si ce n’est dans l’infra rouge millimétrique, c’est à dire dont la longueur d’onde est des milliers de fois celle de notre lumière visuelle. Pour obtenir une résolution mille fois meilleure que le télescope spatial avec de la lumière dont la longueur d’onde est mille fois plus longue, il faut que le diamètre du télescope soit des millions de fois plus grand; de 2,5m il faut passer à 10’000 km! Cela peut se faire en connectant les observations de télescopes infrarouges répartis sur l’ensemble du globe. Il y en aura 6; l’un sera au pôle Sud, un autre en Espagne, etc. Pendant plusieurs nuits, ces télescopes enregistreront de manière continue tous ce qu’ils pourront voir de l’objet visé ainsi que l’heure exacte tout au long de l’observation. L’heure exacte, vraiment exacte, car il s’agit de déterminer la phase de l’onde, c’est à dire où se trouve l’onde millimétrique dans son avance à la vitesse de la lumière. En un milliardième de seconde, la lumière parcourt 30cm. Pour déterminer la phase de l’onde millimétrique, il faut bien que tout ce qui se passe dans l’image soit chronométré au millième de milliardième de seconde. Cela fait beaucoup de données. Il est dit qu’en une nuit d’observation le projet produira autant de données que le LHC du CERN en une année. Les expérimentateurs, comme aussi les sympathisants  devront prier très fort pour que les 6 télescopes fonctionnent sans panne et qu’il fasse beau.

Une fois les données mises ensemble il ne faut pas attendre les premières images avant 2018 bien avancé. Qu’y verra-t-on? Comme on sait si peu de chose sur les trous noirs – certains imaginent même qu’on découvrira que les trous noirs n’existent pas –  tout sera bon à prendre et chaque donnée sera un test de la relativité générale. En particulier le probable disque de matière orbitant à vitesse proche de la lumière autour du trou noir devrait offrir de belles asymétries. De même l’axe de rotation du trou noir lui-même pourrait laisser filer des jets d’énergie remarquables.

Il est bien agréable de se réjouir de découvrir ces résultats cosmiques. Plus agréable en tous cas que de suivre les soubresauts de la politique scientifique US.

 

30.03.17, Nature 543, 7647.

– 593. SÉNESCENCE, VIEILLISSEMENT. Nouvelles de la semaine. De Cell 169, 132-147 (2017). Une cellule est dite sénescente lorsqu’elle cesse de se diviser. En général les cellules sénescentes s’éliminent par apoptose (le suicide cellulaire programmé « propre-en ordre »). L’accumulation de cellules sénescentes est source d’inflammation, de dégâts tissulaires et elle est associée à différentes maladies de l’âge. L’apoptose de ces cellules est normalement bloquée pas l’association de la protéine FOXO4 avec P53, la plus connue des protéines « suppresseuse de tumeur ». Dans cet article, le groupe de Rotterdam a produit un peptide qui bloque la liaison FOXO4-P53, favorisant de ce fait la destruction des cellules sénescentes. La souris retrouve son beau poil et cours deux fois plus loin.

On peut être tranquille que, contre la calvitie ou pour le tonus, les volontaires seront prêts à payer cher pour participer aux expériences sur l’homme et que, en Chine, aux USA et dans la plupart des pays, des firmes y verront de quoi faire du bon bizness. C’est tant pis pour elles et tant pis pour eux si ça ne marche pas, mais, c’est dangereux pour tous si ça marche un peu ou beaucoup.

Encore un clou à marteler pour que l’usage de toutes les nouvelles technologies soit mis sous contrôle.

 

– 595. CRISPR, BREVET. x fois, nous avons parlé de CRISPR-Cas9, la technique révolutionnaire d’ingénierie génétique et de la lutte pour son brevet (voir 23.2 17 et 23.12.16). Contrairement aux USA, l’Office européen des brevets à attribué le brevet à l’Université de Californie, c’est à dire à ceux qui ont fait le travail scientifique originale et non pas à ceux qui ont été les plus agressifs  pour obtenir le brevet. C’est mieux, mais ce n’est pas fini.

 

 

– 631 – 2, 719 – 22. NEUROBIOLOGIE, CARTE CÉRÉBRALE, Françoise, Laurée, Lucy et les lecteurs de mon essai « Le temps ».
DOI: 10.1038/nature21692

Nous avons souvent parlé du système de localisation géographique avec son système de « place cells » et « grid cells ». L’idée de base est qu’il existe dans le cerveau une représentation géographique de l’espace tel que perçu par le sujet.

Dans le présent article, au lieu de naviguer dans l’espace, des souris apprennent  à naviguer une échelle de fréquences auditives. Pour cela, des souris sont entrainées à manipuler un joystick qui contrôle la fréquence d’un son qu’elles peuvent faire monter ou descendre de manière continue. Pour une certaine note, elles reçoivent une gratification. L’expérimentateur peut jouer avec la note et la gratification. Ainsi, la souris recherche sa récompense non pas dans l’espace géographique, mais dans l’espace des fréquences auditives.

Le premier résultat remarquable est que cette navigation dans les sons a son corolaire cérébral dans les mêmes « grid » et « place cells » que celles de la navigation géographique.

Ce résultat soulève une question fondamentale: que représente la carte cérébrale? Si la mesure peut représenter aussi bien des longueurs que des fréquences, quel est le paramètre utilisé? Les auteurs notent que dans les deux cas il s’agit de digitalisation d’un paramètre continu (reconnaitre une pomme d’une poire serait autre chose). La suite est à étudier, mais on peut penser que jour-nuit ou chaud-froid pourraient être traités de la même manière. Une idée mentionnée serait que, ce que la souris perçoit, c’est la « distance » par rapport au but qu’elle se fixe. Ce serait alors l’intention qui, au sens propre, guiderait la pensée.

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