Après l’hiver, l’ensoleillement qui s’amplifie favorise chez les plantes la synthèse d’un pigment vert, la chlorophylle. Indispensable à la croissance des végétaux, elle absorbe l’énergie lumineuse du soleil et la convertit en énergie chimique, elle-même utilisée pour fabriquer des sucres à partir d’eau et de dioxyde de carbone : c’est la photosynthèse.

Plus il y a de chlorophylle, plus la couleur verte domine. D’ailleurs, jusqu’en 2007, les spécialistes pensaient que si la grande majorité des feuilles sont vertes c’est parce qu’elles contiennent de la chlorophylle. Comme ce pigment absorbe surtout les longueurs d’onde situées dans le rouge et le bleu – et mal celles situées dans le vert –, la couleur verte est réfléchie et parvient à notre système visuel.

Mais un paradoxe est venu troubler cette réponse, car les longueurs d’onde les plus abondantes du rayonnement solaire se situent justement dans le vert. Le rayonnement solaire, en effet, nous apparaît jaune parce que l’atmosphère en absorbe le bleu ; or le bleu retiré du vert donne du jaune.

Les plantes auraient pu avoir une belle couleur violette

Alors pourquoi aucun pigment absorbant spécifiquement le vert ne s’est-il imposé, ce qui aurait doté les plantes d’une belle couleur… violette ? En étudiant le devenir d’un rayonnement lumineux à l’intérieur même des feuilles, des chercheurs japonais et australiens ont découvert que la lumière verte est mal absorbée par les thylakoïdes (membranes chargées de la photosynthèse) qui se trouvent à l’intérieur de cellules – les chloroplastes – situées à la surface de la feuille.

Cette lumière verte poursuit alors son chemin et, de réflexions en dispersions, s’enfonce dans des couches plus profondes, que les autres longueurs d’onde n’atteignent jamais. Ce trajet erratique lui fait traverser de nombreux chloroplastes. Et de malabsorption en malabsorption, entre 50 et 90 % du rayonnement vert finit malgré tout par être absorbé…

Alors pourquoi voyions-nous malgré tout les feuilles vertes ? Parce que c’est le rayonnement auquel l’œil humain est le plus sensible. Les cellules photoréceptrices de la rétine humaine sensibles au vert sont en effet les plus nombreuses.

—A.D.

D’après S&V Questions-Réponses n°15

 

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• Mais que font donc les arbres en hiver ?

 

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• L’intelligence des plantes enfin révélée – S&V n°1146 (2013) – acheter ce numéro. La mécanique complexe de la montée de la sève n’est rien comparée aux autres compétences des plantes : elles ont le sens de l’ouïe, savent communiquer, ont l’esprit de famille et même de la mémoire. Les biologistes découvrent à peine ce que les pantes savent faire.

• Et voici les animaux mangeurs de lumière — S&V n°1130 (2011). En incorporant dans ses tissus une algue verte, capable de faire la photosynthèse, une salamandre se nourrit d’énergie solaire !

• Les plantes possèdent un 6e sens – S&V n°1074 (2007). Zoom sur une aptitude inédite des plantes : la sensibilité aux champs magnétiques grâce à des récepteurs de lumière bleue, que l’homme possède également.

 

Dans le Mag de la Science, Mathilde Fontez de Science & Vie apprend une drôle de nouvelle à Jérôme Bonaldi : la moitié des étoiles de l’univers seraient passées inaperçues jusqu’à aujourd’hui ! Des étoiles vagabondes issues de collisions de galaxies qui errent aujourd’hui dans le vide intergalactique…

 

 

Pour en savoir plus, retrouvez l’article dans Les Grandes Archives de Science & Vie :

– La moitié des étoiles seraient vagabondes, par Mathilde Fontez, dans Science & Vie n°1170.

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Depuis 1992, les batteries Lithium-ion ont alimenté successivement nos ordinateurs portables puis nos téléphones mobiles et enfin nos smartphones. Une technologie dont le très long règne pourrait bientôt s’achever, du moins dans sa forme classique : des chercheurs de l’université de Purdue, dans l’Indiana, ont montré que le pollen des massettes (Typha) pourrait venir doper les capacités de charge ce type de batterie.

Une découverte qui en outre permettrait de remplacer les matériaux non renouvelables des batteries, dont l’extraction est polluante, par une denrée, le pollen, qui se renouvelle à chaque saison…

 Du pollen pour remplacer le graphite

Dans l’étude des chercheurs, c’est le remplacement graphite qui est visé. Ce minéral, dont on extrait plus d’un million de tonnes par an des roches métamorphiques, est une des formes naturelles (allotropes) du carbone pur – avec le diamant.

Il sert en particulier d’électrode pour batterie, soit l’un des dispositifs qui permet de générer du courant électrique à partir de réactions chimiques (décharge) ou au contraire de transformer l’électricité en énergie potentielle chimique (charge). Et c’est dans les électrodes que l’énergie d’une batterie est emmagasinée.

L’étendue de la surface des électrodes dicte la capacité de la batterie

Concrètement, dans une batterie Lithium-ion, l’électrode en graphite (dite anode) fait face à une électrode en dioxyde de cobalt et de lithium (dite cathode) : entre elles circulent des ions (molécules chargées) de lithium, comme le montre ce schéma :

Or la capacité d’une batterie à emmagasiner de l’énergie dépend quasi-exclusivement de l’aptitude des électrodes à accumuler à leur surface des charges positives et négatives. Dit  simplement, plus la surface des électrodes est étendue, plus la batterie peut emmagasiner de l’énergie. Et c’est là qu’entre en jeu le pollen…

L’atout du pollen : sa microstructure

En effet, les grains de pollen ont une microstructure qui maximise la surface exposée relativement à son volume : à cause de ses repliements, bourrelés et cavités, un mm² de sa “surface” (vue de loin) est en réalité bien plus étendue microscopiquement – de la même manière qu’un km de cotes bretonnes mesuré sur un plan à 1/10 000e contient beaucoup plus de métrage si on la mesure au sol, crique par crique, rocher par rocher.

Les chercheurs ont donc simplement eu l’idée d’agglomérer des grains de pollens de massette pour donner à l’ensemble la forme d’une électrode puis de “carboniser” cet agglomérat (par pyrolyse en atmosphère inerte) pour qu’il soit aussi pur que du graphite tout en gardant la microstructure de sa surface d’origine.

De très bonnes performances, surtout à haute température

Résultat : les tests des capacités d’accumulation d’énergie de cette électrode se sont révélées particulièrement encourageants, dépassant (de peu) celles du graphite à température ambiante, et présentant de plus hautes capacités à 50 °C – ce qui est particulièrement intéressant pour les appareils électroniques qui ont tendance à chauffer.

Néanmoins, avant de voir les batteries Lithium-ion classiques perdre leur monopole, il faudrait également réussir à augmenter les capacités de la cathode (en dioxyde de cobalt et lithium) car c’est l’électrode la moins efficace qui dicte la capacité globale d’une batterie.

–Román Ikonicoff

 

Dans le domaine de la “bio-impression 3D”, des chercheurs de l’Université de Wake Forest en Caroline du Nord viennent d’accomplir un progrès remarquable. Ils ont conçu une technologie d’impression 3D de tissus biologiques qui a permis de construire des cartilages d’oreille, des muscles, des fragments mandibules et des os crâniens humains à partir de cellules souches et autres “matériaux” biologiques.

Implantés sur des animaux – rats et souris – ces bio-structures ont démontré avoir une stabilité et une biocompatibilité de plusieurs semaines ou mois. La technique pourrait dès lors révolutionner le domaine des greffes…

Une imprimante 3D à organes et tissus humains

L’impression 3D a fait son entrée en biologie depuis quelques années, et sert déjà concrètement à fabriquer des structures inertes biologiquement pouvant servir de prothèse (ou pour guider la repousse de nerfs lésés).

Mais concernant la conception 3D d’organes vivants, soit des structures faites de cellules, il existait jusque-là une limite difficile à franchir : la nécessité de sculpter des tissus avec un réseau de conduits (des capillaires) très fin et complexes permettant aux cellules sanguines d’acheminer l’oxygène pour les nourrir.

Un problème de “limite de résolution” résolu

Concrètement, les bio-imprimantes jusque-là testées n’étaient pas capables de sculpter des structures contenant des vaisseaux d’un diamètre inférieur à 100 ou 200 micromètres : en-deçà, la structure s’effondrait sur elle-même.

En bref,  leur “limite de résolution” était trop grossière pour reproduire la finesse d’un tissu vivant. Or, dans un article publié dans Nature Biotechology,  les chercheurs de Wake Forrest ont montré comment surmonter l’obstacle, à l’aide d’une nouvelle technologie (ci-dessous :vidéo montant le processus d’impression, université de Wake Forrest & Popular Science).

• Jaw Bioprinting 02 03 2016 Revised

L’impression d’une tuyauterie très fine

En substance, leur imprimante 3D, dite Integrated tissue–organ printer (ITOP), peut imprimer des structures avec des “tuyaux” dont le diamètre se situe entre 2 et 50 micromètres, sans que l’ensemble ne s’effondre.

Le tout piloté par ordinateur suivant un modèle numérique qui intègre les données (forme, structure, composition) liés à la nature de l’organe à imprimer et aux particularités morphologiques du “patient” en attente de greffe (ici, des souris et rats) – obtenues par tomodensitométrie.

Des cellules et des hydrogels en guise d’encres

L’imprimante contient en effet 4 buses (têtes d’impression) qui agissent simultanément, dont deux servent à déposer les différentes types de cellules qui vont former le tissu. Les deux autres délivrent des hydrogels (polymères) qui, d’une part, forment l’échafaudage (moule) sur lequel sont déposées les cellules, d’autre part remplissent les espaces destinés à devenir les vaisseaux – dans lesquels l’imprimante ne dépose pas de cellules.

Une fois que les cellules (souches) ont pris, c’est-à-dire se sont liées entre-elles pour former un tissu biologique continu et stable, les structures en hydrogels sont dissoutes, laissant leur empreinte négative dans la structure, qui dès lors contient les conduits creux par lesquels le sang va s’infiltrer.

Les organes imprimés

Pour démontrer la viabilité de leur technique, les chercheurs ont ainsi construit (avec des cellules humaines) et implanté sur les cobayes, comme le montrent les images, un fragment de mandibule imprimé d’une dimension de 3.6 cm × 3.0 cm × 1.6 cm, un fragment d’os crânien de 8 mm de diamètre × 1.2 mm d’épaisseur, un cartilage d’oreille de 3.2 cm × 1.6 cm × 0.9 cm, et un muscle de 15 mm × 5 mm × 1 mm.

Les greffes ont pris et sont restées viables durant plusieurs semaines et mois… Les chercheurs songent désormais à tester leur technique sur les humains.

–Román Ikonicoff

 

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• La révolution industrielle des objets — S&V n°1157 (2014). Libérée des contraintes habituelles, la fabrication des objets repousse les limites du possible. Métaux, verre, cellules et même le chocolat peuvent désormais être imprimés !

• Gouttes : les voici utilisées pour fabriquer des matériaux — S&V n°1149 (2013). On sait enfin fabriquer des réseaux de gouttes : déformables à souhait, ils permettent de diriger les courants électriques, de créer des nouvelles formes de gels aux propriétés souhaitées…

WFIRST, le nouveau projet d’observatoire spatial que la Nasa vient d’annoncer, est une très bonne nouvelle pour les astronomes mais aussi le grand public, tant le Wide Field Infrared Survey Telescope promet d’offrir des images du cosmos spectaculaires et, aussi, probablement, des découvertes cruciales, tant dans le domaine de la cosmologie que dans l’exploration des autres mondes…
Ce projet, décidé remarquablement vite par la Nasa, est construit autour d’un miroir de 2,4 mètres de diamètre. 2,4 m ? Tiens tiens… C’est le diamètre du télescope spatial Hubble, conçu voici une quarantaine d’années ! Et ce n’est pas un hasard… Le NRO (National Reconnaissance Office) a offert, voici trois ans, deux miroirs optiques, du même diamètre que celui de Hubble, et destinés aux satellites espions américains de la décennie 1970… Outre que l’on peine à imaginer, en 2016, de quels instruments optiques spatiaux dispose aujourd’hui le Pentagone, les miroirs déclassifiés offerts à la Nasa sont une aubaine pour la Nasa.
WFIRST, à partir de ce miroir modeste, au standard optique actuel, a imaginé une mission remarquablement simple et séduisante. D’abord, progrès de l’opto-électronique aidant, augmenter d’un facteur 100 le champ qu’offre le télescope spatial Hubble ! Ensuite, installer au foyer du télescope un coronographe, c’est à dire un système de masques permettant de cacher les étoiles afin de chercher des exoplanètes autour d’elles.
En résumé, ce nouveau télescope spatial de 2,4 m, qui observera la lumière infrarouge proche, offrira des images aussi précises et profondes que Hubble dans ces mêmes longueurs d’ondes, mais dans un champ cent fois plus grand…

WFIRST sera dédié en grande partie à la recherche et à l’observation des exoplanètes, son coronographe permettant d’observer facilement les plus massives d’entre elles. Mais pas seulement : en observant, des centaines d’heures durant, les champs stellaires saturés du Sagittaire, en direction du centre galactique, le télescope détectera – mais sans les voir – des milliers de nouvelles exoplanètes, grâce à la technique des micro lentilles gravitationnelles. Lorsqu’une planète, situé dans un système planétaire proche, est parfaitement alignée avec une étoile d’arrière plan très distante, sa masse courbe légèrement la lumière de cette dernière, qui voit son éclat augmenter durant toute la durée du passage. Cette technique permet de sonder les très grandes distances galactiques – cinq à vingt mille années-lumière, quand la technique des transits – des mini éclipses – permet plutôt d’explorer les distances moyennes, – 1000 à 5000 années-lumière, et celle des décalages spectraux, les distances proches – 10 à 1000 années-lumière.
Au delà des exoplanètes de la Voie lactée, WFIRST réalisera d’immenses panoramas galactiques et extragalactiques, images destinées à nourrir les télescopes géants de la décennie 2020, en quête des premières étoiles et des premières galaxies…
WFIRST, ce nouveau télescope spatial « fish eye » devrait quitter la Terre en 2024, en direction de son orbite lointaine, située à un million de kilomètres d’ici. Reste le second miroir de 2,4 m offert à la Nasa. Que nous préparent les astronomes américains ?
Serge Brunier

Grâce à une nouvelle technique, des malades de cancers du sang en phase terminale ont pu être soignés pour 50 % d’entre eux, 80 %, voir 94 % pour ceux atteint de leucémie lymphoblastique aigüe. Appelée immunothéraphie, cette approche a réussi là où la chimiothérapie avait échoué.

Ces résultats ont été qualifiés de “remarquables” par leurs auteurs, comme le rapporte le quotidien britannique The Guardian. Il s’agit d’un trio de chercheurs : Stanley Riddel (Fred Hutchinson Cancer Research Center, Washington, Etats-Unis), Chiara Bonini (Ospedale San Raffaele, Milan, Italie) et Dirk Busch, (Technische Universität Munich, Allemagne), présents au sommet annuel de l’Association américaine pour l’avancement des sciences (AAAS).

Au cœur de ce traitement très prometteur se trouvent les lymphocytes T, un type de globules blancs chargés de tuer les intrus. Prélevés directement chez les malades, ils sont dressés en laboratoire pour attaquer sélectivement les cellules cancéreuses. Ce “dressage” a lieu à l’aide de l’ingénierie génétique : un virus inactivé introduit dans les lymphocytes un assemblage de trois séquences génétiques dénommé CAR (“chimeric antigen receptor”).

Un marqueur créé par ingénierie génétique est introduit dans les globules blancs des malades

Le premier gène code pour un récepteur, soit une molécule que le globule blanc va afficher à sa surface et lui servira à reconnaître les cellules cancéreuses ; les deux autres, qui demeurent à l’intérieur de la cellule, servent à l’activer.

Une fois armés de la sorte, les lymphocytes sont multipliés, puis réintroduits chez le patients. Dans le sang, leur récepteur leur permet de cibler les cellules tumorales car celles-ci présentent une “étiquette” complémentaire, l’antigène CD19.

L’immunothérapie pourrait rejoindre chimiothérapie et radiothérapie dans quelques années

Le tour est joué : les lymphocytes T génétiquement modifiés sont capables de tuer les cellules tumorales, avec des résultats exceptionnels pour certains types de leucémies. Auparavant, d’autres équipes avaient déjà obtenu de bons résultats avec cette thérapie, mais sur de très petits nombres de patients.

Cette nouvelle étude renforce ainsi l’espoir de vaincre un jour les cancers du sang. Mais pour l’instant, les chercheurs eux-mêmes mettent en garde : l’immunothérapie, qui pourrait être disponible dans les hôpitaux dans quelques années, n’est à voir que comme une approche supplémentaire, aux côtés de la chimiothérapie et de la radiothérapie. La greffe de moelle osseuse prélevée sur un donneur compatible reste d’ailleurs le traitement le plus efficace contre les leucémies.

—Fiorenza Gracci

Mis à jour le 17/2/2016 à 19:07
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