Note de lecture : L’histoire des sciences des origines à nos jours

 

L’histoire des sciences Des origines à nos jours David Aubin et Néstor Herran (dir.) Hatier, coll. Bescherelle chronologie, 2019, 383 pages, 19,90 €

David Aubin et Néstor Herran, avec quatre autres universitaires Santiago Aragon, Hélène Gaget, Alexandre Guilbaud et Christophe Lécuyer, tous historiens des sciences, proposent un ouvrage sur les conditions des découvertes scientifiques, de l’émergence des nouvelles façons de concevoir le monde dans lequel nous vivons ou du développement technique.

 La chronologie est découpée en six grandes périodes, « phases de la mondialisation et de l’industrialisation des sociétés humaines », qui sont « autant d’étapes sur le chemin de l’anthropocène » : 1) Aux origines des sciences (de 3000 av. notre ère à 700), 2) Des savoirs qu’on échange (700-1500), 3) De nouveaux mondes, de nouvelles sciences (1500-1770), 4) Des sciences pour l’industrie (1770-1870), 5) L’empire des sciences (1870-1945) et 6) La grande accélération (de 1945 à nos jours).

Sur une double page, pour chacune des près de 140 années sélectionnées dans la chronologie de l’histoire scientifique et technique, un court texte décrit et contextualise la découverte, l’invention ou l’événement marquant. Il est accompagné d’une illustration souvent en lien avec les sources historiographiques et d’un encart qui permet d’apporter quelques informations complémentaires, sur les prolongements ultérieurs de la nouveauté conceptuelle ou technique, par exemple.

Très courte sélection d’événements présentés :

1277 : L’évêque de Paris, Etienne Tempier émet un acte de censure, sous peine d’excommunication, à l’encontre de nombreuses thèses diffusées dans l’université de Paris comme affirmer que la cause première ne pourrait créer plusieurs mondes ou soutenir que les philosophes sont les seuls sages du monde, qualité revendiquée aussi par les théologiens.

1620 : Le chancelier et philosophe britannique Francis Bacon initie une nouvelle façon d’établir la connaissance : à l’inverse de la méthode héritée d’Aristote, il propose la démarche d’induction, partant d’observations ou d’expérimentations pour établir des lois.

1751 : Commence la parution de l’Encyclopédie, œuvre collective coordonnée par Diderot et d’Alembert accusée d’impiété et de propager l’irreligion et la crédulité.

1784 : L’efficacité de la thérapie magnétique de Mesmer qui diffuse en Europe est évaluée par une commission de l’académie royale selon une technique innovante « à l’aveugle » : le rapport établit que les guérisons alléguées ne sont que le fruit de la suggestion.

Certes, au vu de la période et du champ disciplinaire traité, le format de cette collection ne permet pas un développement : l’ouvrage constitue cependant un utile outil pour les enseignants comme pour les élèves et étudiants, en histoire comme en science, et donne satisfaction toute personne curieuse de la façon dont la connaissance scientifique du monde s’est progressivement construite et dont les techniques se sont peu à peu perfectionnées.

 

 

 

 

De l'importance d'être mangé... un peu

Dans la savane africaine, du côté du Kenya, quatre espèces de fourmis sont en compétition pour posséder leur propre acacia. Chacune y a des intérêts différents et chacune met en œuvre des stratégies différentes pour conquérir et défendre son arbre. Il est vrai que l’acacia offre un certain nombre de ressources : le gîte d’une part, dans de grosses aiguilles creuses et le couvert d’autre part, grâce à des glandes productrices de nectar.

La première espèce de fourmis, Crematogaster mimosae, utilise les épines creuses pour élever sa progéniture. Parfois, elle y élève aussi des insectes producteurs de miellat. Elle défend de façon très agressive les arbres contre d’autres insectes et surtout contre les grands mammifères herbivores, tels que les girafes, les éléphants ou les antilopes. C’est, de loin, l’espèce la plus répandue dans de cette région : elle y occupe plus de 50 % des acacias. Les autres espèces de fourmis fournissent des niveaux de protection plus variables à l’arbre. Elles sont moins répandues : autour de 15 % des acacias chacune. C. sjostedti, est moins agressive. C’est la seule des quatre espèces qui ne profite pas de l’hébergement dans les épines creuses : elle s’installe plutôt dans des cavités creusées dans le bois par des larves de coléoptères. C. nigriceps, la troisième espèce, défend son arbre en élaguant les bourgeons : limitant ainsi l’expansion latérale de la frondaison, elle réduit les risques d’invasion de l’acacia conquis en empêchant le contact des branches avec celles des arbres voisins éventuellement colonisés par une autre espèce. Enfin, Tetraponera penzigi, la quatrième espèce, pratique une sorte de stratégie de la « terre-brûlée » : en détruisant les glandes productrices de nectar, elle réduit la probabilité d’un remplacement dans cet acacia, par une colonie voisine de Crematogaster qui, elle, a besoin du nectar.

Cette relation entre fourmis et acacias est un exemple de mutualisme, une relation dans laquelle chacun des deux protagonistes est gagnant. Or, précisément, jusqu’à présent, on pensait qu’il n’y avait que deux acteurs, dans ce type de relation. Ce n’est pas si simple, nous explique Todd Palmer dans une publication récente. Avec ses collègues, il a protégé les acacias des herbivores de la savane par des barrières électrifiées… pendant dix ans ! Et les résultats obtenus montrent l’importance d’un troisième protagoniste pour la préservation des acacias : les herbivores eux-mêmes !

Les scientifiques montrent, en effet, que lorsque les arbres sont protégés par les barrières, ils réduisent leurs bienfaits envers les fourmis. Par exemple, la production de nectar est diminuée de façon significative chez les acacias colonisés par C. mimosae ou C. sjostedti. Mais pas chez ceux qui hébergent des colonies de C. nigriceps : la stratégie d’élagage des bourgeons par ces fourmis, s’apparente au broutage par les herbivores…

Le traitement affecte aussi les fourmis : les arbres colonisés par C. sjostedti doublent au détriment du nombre de colonies de C. mimosae. Celles-ci deviennent plus petites et moins agressives quand on provoque une perturbation expérimentale. Elles élèvent plus d’insectes producteurs de miellat pour compenser le déficit de production de nectar par l’acacia. Pour les arbres, leur relation avec C. mimosae devient coûteuse (les insectes producteurs de miellat se nourrissent de sève) et les bénéfices diminuent (l’arbre est moins bien défendu). Enfin, l’arbre ne bénéficie pas non plus de l’extension des colonies de C. sjostedti : ces fourmis facilitent l’attaque de l’arbre par les larves de coléoptères afin d’avoir plus de nids. Les dommages ainsi causés à l’arbre, réduisent sa vigueur et en augmentent la mortalité.

Les éléphants et les girafes sont donc nécessaires pour le maintien d’une relation mutualiste entre fourmis et acacia. Et puis, à un niveau écologique supérieur, n’oublions pas que l’homme, par la chasse et la fragmentation de l’habitat dans ces régions, perturbe la répartition des grands mammifères de la savane…

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Source : Todd M. Palmer et al. (2008) Breakdown of an Ant-Plant Mutualism Follows the Loss of Large Herbivores from an African Savanna. Science 319 : 192.

Quand la vie explose

En 1946, alors qu’il réexaminait pour le compte du gouvernement australien des mines abandonnées au nord d’Adelaïde, R. C. Sprigg découvrit des traces fossiles inhabituelles. Il identifia des formes variées d’animaux simples et très anciens. Ce n’est que dix ans plus tard, qu’une expédition de recherche paléontologique sérieuse fut montée dans cette région des collines d’Ediacara. Et depuis cinquante ans, plus de 270 espèces de la faune de l’Ediacarien (une époque géologique datée de - 660 à - 542 Ma = millions d’années) ont été décrites ; elles proviennent de plus de trente sites répartis sur l’ensemble des continents. Ce sont les premiers organismes pluricellulaires connus.

Trois grands ensembles régionaux avaient été proposés en 2003, qui regroupaient différents sites présentant chacun une certaine homogénéité des espèces dans un espace géographique cohérent avec la disposition des continents à l’Ediacarien. L’ensemble Avalon (daté de – 575 à -565 Ma) qui rassemble les gisements fossilifères d’Angleterre et de Terre-Neuve représente un nombre d’espèces limité ; l’ensemble Mer Blanche (gisements de Russie, d’Ukraine, de Norvège, de Sibérie, d’Australie et du Canada, daté de - 560 à - 550 Ma) présente une augmentation de la diversité ; enfin l’ensemble Nama (gisements édiacariens de Namibie, Chine, Colombie britannique et Etats-Unis, datés de - 550 à - 542 Ma) montre une grande diversité des espèces.

Les auteurs d’une nouvelle étude publiée dans la revue américaine Science au début de l’année 2008 se sont attachés aux caractères morphologiques des fossiles. Ils montrent qu’il y a peu de disparité dans les diverses morphologies, entre les trois grands ensembles de gisements. Cela signifie donc qu’une brusque émergence de grands groupes d’animaux s’est produite vers 570 Ma avec d’emblée – ou très rapidement, à l’échelle des temps géologiques – une importante diversité des plans d’organisation. Diversité qui ne montrera pas de variation ultérieurement, jusqu’à – 542 Ma, malgré une grande diversification des groupes. Reste à trouver des explications à cette émergence rapide et courte des plans d’organisation animaux : les auteurs évoquent des contraintes environnementales et de développement. C’est en effet l’époque de la sortie d’une grande glaciation enregistrée dans la formation de Gaskiers à Terre-Neuve (- 580 Ma), l’époque aussi d’une oxygénation importante des océans.

Ce processus mis en évidence à l’Ediacarien correspond à ce qui s’est passé près de 35 Ma d’années plus tard, au Cambrien, lors de la fameuse « explosion cambrienne » découverte dans les schistes de Burgess et popularisée par Stephen J. Gould. Entre temps, entre – 542 et – 530 Ma, la faune d’Ediacara a disparu, ne laissant à la disposition des scientifiques qui reconstituent l’histoire de la vie qu’un témoignage rare et lacunaire.

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Source : Shen B. et al. (2008) The Avalon Explosion: Evolution of Ediacara Morphospace. Science 319 : 81

Sur le bestiaire d’Ediacara : Joan Deville (2001) La faune d’Ediacara. Minéraux & Fossiles 295 : 21 ; Mark A. S. McMenamin (1998) The Garden of Ediacara. Columbia University Press, New York

Sur l'explosion cambrienne : Stephen J. Gould (1991) La vie est belle, Seuil.

Se soigner à l’herbicide

Toxoplasma gondii, être vivant constitué d’une seule cellule, est un parasite intracellulaire obligatoire : pour assurer sa survie et sa prolifération, il doit s’installer à l’intérieur d’une cellule de mammifère à sang chaud pour pouvoir y prélever certaines molécules indispensables qu’il ne peut pas produire lui-même. Dans l’espèce humaine où l’on estime que près de la moitié de la population est contaminée, il est responsable de la toxoplasmose, une affection normalement bénigne mais qui peut prendre une forme grave chez les personnes immunodéficientes et chez les fœtus, lors d’une transmission fœto-maternelle. La contamination peut se faire par l’alimentation ou au contact d’un chat contaminé.

Il y a quelques semaines, une équipe scientifique internationale a annoncé avoir mis en évidence le rôle d’une hormone végétale dans le développement du parasite, l’acide abscissique. Chez les plantes supérieures, cette hormone accélère la chute des feuilles dans certaines conditions et retarde l’ouverture des bourgeons. Ce serait aussi une hormone de détresse : lorsque les conditions deviennent difficiles (sécheresse, approche de la mauvaise saison), son taux augmente de façon importante amenant alors la plante à prendre des dispositions de défense à l’égard des agressions (fermeture des stomates, par exemple).

Ainsi donc, un parasite qui présente des caractéristiques animales (contrairement aux végétaux, il est incapable de produire lui-même sa propre matière organique – les lipides, glucides et protides qui constituent toute cellule – et doit la puiser dans son environnement : il est hétérotrophe) possède des gènes capables d’assurer la production d’une hormone caractéristique des végétaux…

En réalité, Toxoplasma gondii, qui appartient au groupe des Apicomplexés, est l’héritier des gènes d’un ancêtre qu’il possède en commun avec un groupe d’êtres vivants, les Dinoflagellés, qui présentent, pour certains d’entre eux, les caractéristiques des végétaux (l’autotrophie, c'est-à-dire la capacité de produire sa propre matière organique uniquement à partir de substances minérales en présence de lumière, par photosynthèse). Cet ancêtre possédait une structure particulière, le chloroplaste, qui en captant les photons permettait de réaliser les réactions propres aux êtres photosynthétiques. Après la séparation entre les deux groupes issus de cet ancêtre commun il y a au moins 400 millions d’années, les Apicomplexés ont perdu, pour une raison ou une autre, leur aptitude à la photosynthèse : le chloroplaste a régressé et avec lui cette capacité à capter les photons et à l’autotrophie. Il en reste cependant une trace : l’apicoplaste, une structure découverte grâce à la microscopie électronique dans les années 1960, chez les parasites qui constituent le groupe des Apicomplexés et parmi lesquels, en plus du Toxoplasma gondii, on rencontre le Plasmodium falciparum, l’agent responsable du paludisme. Cette structure – cet organite – a conservé un certain nombre des gènes présents dans un chloroplaste : ceux qui sont nécessaires à la production de l’acide abscissique en particulier.

Les chercheurs qui ont mis en évidence la synthèse d’acide abscissique ont également montré que la production de cette hormone pouvait être bloquée par un banal herbicide, le fluridone, qui n’a pas d’action sur les cellules animales elles-mêmes. Ce type de recherche et la connaissance des caractéristiques biologiques qui sont hérités au cours de l’évolution dans différentes lignées d’êtres vivants, ouvrent donc de nouvelles perspectives thérapeutiques.

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Source : Nagamune K, et al. (2008) Abscisic acid controls calcium-dependent egress and development in Toxoplasma gondii. Nature, 451 : 207

Sur l’apicoplaste : Ralph S. A. et al. (2004) Metabolic maps and functions of the plasmodium falciparum apicoplast. Nature Review 2 : 203 ; Waller R. F. & McFadden G. I. (2005) The Apicoplast : A Review of the Derived Plastid of Apicoplexan Patrasites. Curr Issues Mol Biol. 7 : 57

Christophe Colomb et la découverte de la syphilis

Depuis 500 ans, la controverse fait rage autour de l’origine du tréponème pâle, Treponema pallidum pallidum, la bactérie responsable de la forme sexuellement transmissible de la syphilis. Selon certains, la bactérie aurait été ramenée d’Amérique par les équipages de Christophe Colomb : c’est, en effet, peu de temps après les premiers retours du Nouveau Monde en 1495 que la première épidémie identifiée a sévi parmi les troupes de mercenaires français qui occupaient Naples (le fameux « mal de Naples »). Selon d’autres, les descriptions d’épidémies antérieures à 1495 manquaient largement de précision et ne permettaient pas de distinguer la syphilis d’autres maladies comme la lèpre : la syphilis aurait alors eu une longue histoire en Europe.

Une étude récente vient soutenir la première hypothèse. Les auteurs ont comparé 21 régions du génome chez 26 souches de tréponèmes de trois sous-espèces différentes provenant du monde entier et responsables de diverses maladies chez l’homme (dont la syphilis vénérienne, le pian, la syphilis endémique non-vénérienne ou la pinta) ou les animaux.

Au cours du temps, les mutations affectent de façon spontanée et aléatoire l’ADN d’une espèce. Il en résulte que lorsque peu de différences existent pour un même gène chez deux espèces différentes, ces deux espèces possèdent un ancêtre commun récent (peu de mutation ayant eu le temps de se produire et d’affecter les génomes de ces espèces depuis leur séparation). La comparaison des génomes, permet ainsi d’établir des relations de parenté entre différentes espèces : c’est la phylogénie.

En appliquant cette méthode aux différentes souches de tréponèmes, les auteurs confirment d’une part que les souches non-vénériennes affectent l’espèce humaine depuis fort longtemps, l’accompagnant dans ses migrations. D’autre part, ils reconstituent une histoire de la diffusion dans le monde, de la bactérie. Les souches les plus proches de la sous-espèce responsable de la syphilis vénérienne sont des sous-espèces isolées en Guyane et responsables d’une forme de pian différente des formes africaines et asiatiques. L’analyse géographique associée à la phylogénie des différentes souches, suggère une dissémination en trois étapes des tréponèmes : le tréponème apparaît dans l’Ancien Monde sous une forme infectieuse non-vénérienne puis s’étend sous la forme de la syphilis endémique au Moyen-Orient et dans l’est européen avant d’atteindre l’Amérique sous forme de pian du Nouveau Monde. Dans un second temps, une souche du tréponème du Nouveau Monde est introduite en Europe au moment de la découverte de l’Amérique et sera à l’origine de la sous-espèce pallidum responsable de la syphilis vénérienne. Enfin, la sous-espèce pallidum moderne est disséminée dans le monde entier depuis l’Europe.

Dans la discussion qui accompagne ces résultats, les auteurs s'interrogent sur l’apparition de la pathogénicité vénérienne. En effet, il n’est pas clairement établi qu’une forme de syphilis vénérienne existait en Amérique avant l’arrivée de Colomb. Il est possible que les explorateurs aient rapporté en Europe une forme non-vénérienne qui aurait alors évolué rapidement en la forme pathogène que nous connaissons actuellement.

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Source : Harper KN, et al. (2008) On the Origin of the Treponematoses: A Phylogenetic Approach. PLoS Negl Trop Dis 2(1): e148 doi:10.1371/journal.pntd.0000148

Sur l’histoire de la syphilis depuis 1495 : Le mal de Naples – Histoire de la syphilis, Claude Quétel, Seghers, 1986.