{"id":87,"date":"2021-07-16T13:11:39","date_gmt":"2021-07-16T11:11:39","guid":{"rendered":"https:\/\/blogs.letemps.ch\/jacques-dubochet\/?p=87"},"modified":"2021-07-16T13:11:39","modified_gmt":"2021-07-16T11:11:39","slug":"rouge-gorge","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.dubochet.ch\/jacques\/?p=87","title":{"rendered":"Rouge-gorge"},"content":{"rendered":"<p>J\u2019aime la science et chaque fois qu\u2019elle me fait comprendre quelque chose j\u2019y prends un plaisir physiologique.\u00a0 J\u2019aime aussi partager ce plaisir. \u00a0Alors, de temps en temps, je distribue \u00e0 mes amis un petits rapport sur mes \u00ab\u00a0d\u00e9couvertes\u00a0\u00bb. Le blog du temps me semble un bon canal pour partager ce plaisir.<\/p>\n<p><!--more--><\/p>\n<p><u>Boussole et carte.<\/u><\/p>\n<p>Connaissez-vous la vie voyageuse du coucou\u00a0? Le plus souvent, il passe la saison froide en Afrique et nous revient vers fin mars pour se reproduire. La femelle d\u00e9pose chacun de ses \u0153ufs dans autant de nids diff\u00e9rents d\u2019autres esp\u00e8ces. Apr\u00e8s quoi, elle ne s\u2019en occupe plus. Vers la mi-\u00e9t\u00e9, les adultes retournent solitairement \u00e0 leur station d\u2019hiver, pr\u00e9c\u00e9dant de quelques semaines les jeunes de l\u2019ann\u00e9e qui voyagent seuls vers la m\u00eame destination.<\/p>\n<p>Comment font-ils pour diriger leur vol solitaire jusqu\u2019\u00e0 la for\u00eat inconnue de parents qu\u2019ils n\u2019ont jamais vu ? Ces simples observations le prouvent\u00a0; certains animaux sont \u00e9quip\u00e9s d\u2019une boussole fiable et d\u2019une carte pr\u00e9cise.<\/p>\n<p><u>\u00a0<\/u><\/p>\n<p><u>Magn\u00e9toreception. <\/u><\/p>\n<p>Les coucous ne sont pas les seuls \u00e0 b\u00e9n\u00e9ficier de ce genre de comp\u00e9tences. On retrouve ces derni\u00e8res sous diverses formes chez beaucoup d\u2019oiseaux, de poissons, d\u2019insectes, peut-\u00eatre m\u00eame un peu chez l\u2019homme, mais certainement aussi chez notre sympathique rouge-gorge. Depuis longtemps, on sait que cette facult\u00e9 d\u2019orientation est largement bas\u00e9e sur la capacit\u00e9 de percevoir le faible champ magn\u00e9tique terrestre, mais la magn\u00e9toreception \u2013 c\u2019est ainsi que l\u2019on d\u00e9signe ce 6<sup>e<\/sup> sens &#8211; reste une \u00e9nigme. Deux hypoth\u00e8ses dominent. La premi\u00e8re est bas\u00e9e sur les microscopiques cristaux ferromagn\u00e9tiques que l\u2019on retrouve dans certaines cellules des esp\u00e8ces sensibles. (J\u2019en ai vu moi-m\u00eame par hasard dans une pr\u00e9paration de cellules c\u00e9r\u00e9brales humaines.) On peut alors imaginer que le mouvement de ces cristaux, provoqu\u00e9 par le changement de direction de l\u2019animal dans le champ magn\u00e9tique terrestre, induit des forces que des prot\u00e9ines sp\u00e9cialis\u00e9es (on en conna\u00eet) captent et transforment en un signal exprim\u00e9 dans la cellule.<\/p>\n<p>L\u2019autre hypoth\u00e8se, qui n\u2019exclut pas la premi\u00e8re, fait appel \u00e0 la physique quantique. \u00c0 ce propos, il y a des choses int\u00e9ressantes \u00e0 dire.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p><u>Physique classique ou physique quantique\u00a0?<\/u><\/p>\n<p>De la physique, nous en savons tous quelque chose. Le footballeur est bien capable de pr\u00e9voir la trajectoire du ballon qu\u2019il veut intercepter et vous-m\u00eame connaissez assez bien ce que votre environnement vous fait et ce que vous pouvez faire sur lui. Il s\u2019agit de la physique classique. Depuis la premi\u00e8re moiti\u00e9 du si\u00e8cle pass\u00e9, une autre physique a \u00e9t\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9e, la physique quantique dont Feynman disait (il en est un des cr\u00e9ateurs, bien connu pour avoir produit les trois volumes qui ont assur\u00e9 la formation d\u2019une pleine g\u00e9n\u00e9ration de physicien &#8211; la mienne): \u00ab\u00a0Si quelqu\u2019un me dit que la physique quantique lui est famili\u00e8re, je sais alors qu\u2019il n\u2019y a rien compris.\u00a0\u00bb Le probl\u00e8me est que la physique quantitative n\u2019est absolument pas intuitive et qu\u2019elle est terriblement difficile \u00e0 manipuler. Elle est aussi (presque) inutile \u00e0 notre vie quotidienne, comme l\u2019est (presque) la relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale d\u2019Einstein lorsqu\u2019il s\u2019agit \u00a0du temps et de l\u2019espace. En 1944, Schr\u00f6dinger &#8211; l\u2019homme de l\u2019\u00e9quation qui porte son nom &#8211; \u00e9crivit un fameux petit bouquin \u00ab\u00a0What is life\u00a0? \u00bb &#8211; qu\u2019est-ce que la vie\u00a0?<\/p>\n<p><a href=\"http:\/\/www.whatislife.ie\/downloads\/What-is-Life.pdf\">http:\/\/www.whatislife.ie\/downloads\/What-is-Life.pdf<\/a><\/p>\n<p>Il y disait toute sorte de choses tr\u00e8s malines, mais surtout il insistait sur le fait que l\u2019avenir de la biologie passait obligatoirement par la physique quantique. Le livre impressionna les physiciens, mais ne toucha gu\u00e8re la cohorte de ceux qui cr\u00e9\u00e8rent la biologie mol\u00e9culaire d\u00e8s les ann\u00e9es d\u2019apr\u00e8s guerre. Pragmatiques, ceux-ci en rest\u00e8rent \u00e0 la physique classique, proche de l\u2019intuition. Cinquante ans plus tard, avec les incroyables succ\u00e8s que l\u2019on sait, on en est \u00e0 peu pr\u00e8s encore l\u00e0. L\u2019\u00e9tudiant en biologie d\u2019aujourd\u2019hui n\u00e9glige le plus souvent la physique quantique\u00a0; il ne s\u2019en porte pas plus mal.<\/p>\n<p>Pourtant, Schr\u00f6dinger a certainement raison. La nature profonde est d\u00e9crite par la physique quantique, et non par la \u00ab\u00a0simpliste\u00a0\u00bb physique classique. Il faudra bien qu\u2019une fois, la premi\u00e8re s\u2019impose. Ne simplifions pas trop, mais l\u2019affaire du rouge-gorge illustre peut-\u00eatre ce moment.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p><u>Chimie quantique<\/u><\/p>\n<p>Une prot\u00e9ine appel\u00e9e cryptochrome se retrouve sous diff\u00e9rentes formes dans diff\u00e9rents tissus animaux. On sait qu\u2019elle joue un r\u00f4le dans le rythme circadien. Il y a des \u00e9vidences que sa pr\u00e9sence dans la r\u00e9tine des oiseaux migrateurs pourrait \u00eatre associ\u00e9e \u00e0 la fonction de boussole magn\u00e9tique. Travaillant sur le rouge-gorge dont on conna\u00eet la s\u00fbret\u00e9 des migrations nocturnes, un article r\u00e9cent de Nature (r\u00e9f. 1 et 2), rapporte les r\u00e9sultats d\u2019une remarquable collaboration interdisciplinaire d\u00e9montrant de mani\u00e8re convaincante qu\u2019une forme de cryptochrome de l\u2019\u0153il ( ErCRY4) est n\u00e9cessaire \u00e0 la magn\u00e9toreception de cet oiseau et apporte des \u00e9l\u00e9ments nouveaux sur le m\u00e9canisme sous-jacent. Au c\u0153ur du processus se trouve un acide amin\u00e9 de ErCRY4 auquel est attach\u00e9e la mol\u00e9cule FAD \u2013 une mol\u00e9cule tr\u00e8s r\u00e9active dont on conna\u00eet le r\u00f4le dans de nombreux processus biologiques. Il arrive que, frappant au coeur de ce complexe, un photon (grain de lumi\u00e8re) bouscule un \u00e9lectron (charge -) cr\u00e9ant ainsi une paire de radicaux +\/-\u00a0. Ce d\u00e9s\u00e9quilibre de charge \u2013 on l\u2019appelle un dip\u00f4le &#8211; est toujours sensible au champ \u00e9lectrique, mais, g\u00e9n\u00e9ralement, un champ magn\u00e9tique ne lui fait aucun effet. Il en faut plus pour que le complexe devienne un \u00e9l\u00e9ment d\u2019une boussole.<\/p>\n<p>La suite devient compliqu\u00e9e. C\u2019est ici qu\u2019interviennent la pure m\u00e9canique quantique et l\u2019\u00e9trange notion de spin que l\u2019on peut essayer de repr\u00e9senter classiquement par la rotation d\u2019une charge sur elle-m\u00eame. C\u2019est un effet magn\u00e9tique. Pour l\u2019\u00e9lectron, le spin vaut \u00bd, dans un sens ou dans l\u2019autre. Deux \u00e9lectrons sont impliqu\u00e9s dans les radicaux que la lumi\u00e8re excite dans ErCRY4-FAD. Si leurs spins sont parall\u00e8les, leur somme vaut 1 et correspond \u00e0 un petit champ magn\u00e9tique sur lequel agit le champ magn\u00e9tique terrestre. Toutefois, l\u2019effet est beaucoup trop faible pour aligner les deux champs. Si les spins sont antiparall\u00e8les, leur somme est nulle et le radical n\u2019est pas magn\u00e9tique. Chimiquement, ces deux \u00e9tats sont diff\u00e9rents, ils n\u2019agissent pas de la m\u00eame fa\u00e7on sur ce qui les entoure. Pour compliquer l\u2019affaire, il faut savoir que les deux \u00e9tats de spin existant dans les radicaux issus d\u2019ErCRY4-FAD ne sont pas stables, ils oscillent de l\u2019un \u00e0 l\u2019autre des millions de fois par seconde. Ainsi nous nous trouvons avec cette furieuse ronde entre les deux \u00e9tats de spin, dont l\u2019un tend \u00e0 s\u2019orienter \u2013 un tout petit peu &#8211; dans la direction du champ magn\u00e9tique terrestre, alors que l\u2019autre n\u2019est pas influenc\u00e9. Quel est l\u2019\u00e9tat du complexe apr\u00e8s des millions de tours de cette oscillation\u00a0? Le r\u00e9sultat le plus remarquable du travail pr\u00e9sent\u00e9 ici est que la chimie qui suit la formation de la paire de radicaux apr\u00e8s l\u2019excitation de ErCRY4-FAD par la lumi\u00e8re est significativement influenc\u00e9e par la pr\u00e9sence ou l\u2019absence du champ magn\u00e9tique terrestre. De l\u00e0 \u00e0 transformer cet effet chimique en un signal physiologique permettant au rouge-gorge de savoir o\u00f9 il est et o\u00f9 il va est encore une tout autre affaire, mais la pierre de base est pos\u00e9e. Reste \u00e0 construire l\u2019\u00e9difice dont, pour le moment, on n\u2019en sait encore presque rien.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p><u>Remarque<\/u>.<\/p>\n<p>Bravo \u00e0 Heidi news qui dirige ses lecteurs vers un article du Monde pr\u00e9sentant le r\u00e9sultat rapport\u00e9 ci-dessus.\u00a0 Mieux qu\u2019ici sans doute, l\u2019explication est compr\u00e9hensible et la lecture en est agr\u00e9able. Bravo aux journalistes scientifiques qui connaissent leur m\u00e9tier.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<ul>\n<li>Xu, J., Jarocha, L. E., Zollitsch, T., Konowalczyk, M., Henbest, K. B., Richert, S., . . . Hore, P. J. (2021). Magnetic sensitivity of cryptochrome 4 from a migratory songbird. <em>Nature, 594<\/em>(7864), 535-540. <a href=\"https:\/\/doi.org\/10.1038\/s41586-021-03618-9\">https:\/\/doi.org\/10.1038\/s41586-021-03618-9<\/a><\/li>\n<li>Warrant, E. J. (2021). Unravelling the enigma of bird magnetoreception. <em>Nature, 594<\/em>(7864), 497-498. https:\/\/doi.org\/10.1038\/d41586-021-01596-6.<\/li>\n<\/ul>\n<p>&nbsp;<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>J\u2019aime la science et chaque fois qu\u2019elle me fait comprendre quelque chose j\u2019y prends un plaisir physiologique.\u00a0 J\u2019aime aussi partager ce plaisir. \u00a0Alors, de temps en temps, je distribue \u00e0 mes amis un petits rapport sur mes \u00ab\u00a0d\u00e9couvertes\u00a0\u00bb. 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