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Recherche

8

L’événement

Et le cerveau devint transparent

Recherche

Des neurobiologistes sont parvenus à rendre un cerveau de souris transparent comme du verre et à révéler l’architecture cérébrale avec une précision inédite pour un tel volume. >>Le

puzzle du continent nord-américain est en partie décodé

3 Éditorial 6 Courrier nnn 12 Astres

laser infrarouge qui creuse les atomes >>Cryptographie : une sécurité maximale sur de plus longues distances

nnn 16 Terre

A

>>Un

>>Géoingénierie

n° 476 Juin 2013 La Recherche est publiée par Sophia publications, filiale d’Artémis. En couverture : © Bigstock - DR

Offre d’abonnement : p. 95 Ce numéro comporte deux encarts La Recherche sur les ventes France et export (hors Belgique et Suisse) ; un encart Edigroup sur les ventes Belgique et Suisse ; un encart F&S (RSD) sur les abonnés ; un encart Le Magazine Littéraire sur les abonnés.

4 • La Recherche | juin 2013 • nº 476

: manipuler le climat au Nord assécherait le Sahel

dynamiques : billards rationnels

>>Éducation :

des inégalités façonnées par le catholicisme

nnn 30 Santé >>La

flore intestinale améliore l’efficacité de la chirurgie >>Hématologie : les cellules souches sanguines savent réagir en urgence

nnn 20 Vie >>Dans

l’œuf, les dinosaures grandissaient déjà vite >>Physiologie : des prions utiles pour la levure ?

nnn 32 Technologie >>Un

affichage en relief sur les écrans de téléphones portables >>Recyclage : synthétiser des bioplastiques à partir des boues d’épuration

Recherche

nnn 14 Matière

>>Systèmes

nnn 28 Populations

nnn 22 Archéologie >>Les

arbres, vitaux pour les australopithèques >>Égypte : les plus anciens papyrus

A

Recherche

les bras spiraux ont une longévité extrême >>Une exoplanète force les astronomes à revoir leurs modèles

nnn 18 Mathématiques

>>Galaxies :

A

A

actualités

nnn 26 Cerveau >>La

musique, un plaisir en lui-même

34 À surveiller 36 Acteurs

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savoirs

idées

38 Dossier

Perturbateurs endocriniens comment ils menacent notre santé

Il est acquis que les perturbateurs endocriniens nous font courir des risques et peuvent agir à très faibles doses. Reste à convaincre les instances réglementaires d’évaluer les produits chimiques présents sur le marché en tenant compte des données récentes.

Des poisons qui malmènent les hormones par Cécile Klingler 46  La contre-attaque s’organise pour les éliminer par Cécile Klingler 40 

Le Distilbène en France : un scandale au long cours

50 

par Emmanuelle Fillion et Didier Torny

55 Astrophysique

Feu d’artifice au centre de la Voie lactée par Ron Cowen

60 Anthropologie

Parler comme on taille des silex par Thierry Chaminade

64 Biologie

Des nuages pleins de vie

par Anne-Marie Delort

68 Mathématiques

Goldbach et les sommes de nombres premiers par Olivier Ramaré

72 Portrait Martine Regert

« Une femme doit assumer une proposition de poste à responsabilité » par Pascaline Minet

76 L’entretien du mois

avec Alexandre Moatti

« L’alterscience nie la science au nom d’une idéologie » propos recueillis par Denis Delbecq

80 Déchiffrage

12 % des enfants vivant sans leurs pères ne les voient jamais par Arnaud Régnier-Loilier

81 Le grand débat

Les sels d’aluminium dans les vaccins sont-ils dangereux ? avec Romain Ghérardi et Marc Pallardy

86 L’invitée

Marion Montaigne

Je ne suis pas scientifique mais… par Lise Loumé

92 Histoire

de science

Du sixième sens des chauves-souris par Marie-Christine de La Souchère

87 Les livres 96 L’agenda 98 Curiosités nº 476 • juin 2013 | La Recherche • 5


actualités

L’événement

Et le cerveau devint transparent Par

Gautier Cariou, journaliste.

Des neurobiologistes sont parvenus à rendre un cerveau de souris transparent comme du verre et à révéler l’architecture cérébrale avec une précision inédite pour un tel volume.

K

arl Deisseroth nous réserve décidément bien des surprises. Après avoir été l’un des pionniers de l’optogénétique, discipline qui consiste à contrôler l’activité des neurones grâce à des signaux lumineux, ce psychiatre et ingénieur américain de 40 ans récidive. Avec son équipe de l’université Stanford, en Californie, il vient de mettre au point un tout nouveau procédé de bio-ingénierie qu’il a baptisé « Clarity ». Un procédé capable de rendre un cerveau de souris entier complètement transparent [1]. Cette prouesse technique offre la possibilité de plonger au cœur des tissus cérébraux et d’observer l’organisation des réseaux de ­neurones comme jamais auparavant.

Actuellement, les neurobiologistes qui souhaitent obtenir des images à haute résolution du cerveau sont obligés de sectionner des tranches très fines de l’organe, pour que la lumière du microscope puisse passer au travers. Cela leur

permet alors d’observer des neurones en deux dimensions. Puis, à l’aide de programmes informatiques complexes, ils procèdent à une reconstruction des réseaux de neurones en trois dimensions. Une technique fastidieuse qui

L’essentiel >>Un cerveau de souris

de 5 millimètres d’épaisseur a été rendu transparent grâce à un nouveau procédé chimique.

>>Les neurones et leurs

connexions deviennent visibles au microscope et peuvent être suivis dans toutes les dimensions du cerveau pour mieux étudier la façon dont il est câblé.

>>Afin de comprendre à quoi servent ces connexions, cette technique post mortem devra être combinée à d’autres, réalisées sur cerveau vivant.

8 • La Recherche | juin 2013 • nº 476

Les neurones et leurs prolongements (en vert) ne sont pas issus d’une reconstitution numérique. Ils ont été saisis à l’aide d’un microscope, car la matière cérébrale qui les entoure a été rendue transparente.


© KWANGHUN CHUNG AND KARL DEISSEROTH, HOWARD HUGHES MEDICAL INSTITUTE/STANFORD UNIVERSITY

induit une perte de matière, donc d’information, au moment de la découpe. Sans compter les erreurs possibles liées au traitement informatique.

Échelle cellulaire. L’imagerie par résonance magnétique (IRM), de son côté, n’offre pas une résolution suffisante. Avec les progrès techniques, les neurologues parviennent désormais à observer le cerveau avec une précision de l’ordre de quelques centaines de micromètres. Mais l’IRM n’atteint pas encore l’échelle cellulaire. « On pourrait augmenter la résolution si l’on voulait, explique Bernard Mazoyer, directeur du groupe neuro-imagerie fonctionnelle à l’université de Bordeaux. Il suffirait d’augmenter l’énergie émise par la machine dans les tissus biologiques. Mais cela les chaufferait et endommagerait le cerveau des patients. » Avec le procédé Clarity, les neuro­ scientifiques ont désormais accès à l’échelle moléculaire qu’ils recherchaient, sans avoir à trancher le cerveau. « Ce qui est vraiment remarquable et nouveau avec cette technique post mortem, c’est qu’on peut observer un cerveau en entier, en trois dimensions et à différents niveaux d’organisation. On peut voir l’organisation spatiale des constituants élémentaires comme les ­cellules ou les synapses, mais on peut aussi observer le cerveau dans son ­ensemble », résume Bernard Mazoyer. Avant de parvenir à un tel résultat, Karl Deisseroth et son équipe ont su contourner un obstacle de taille : les lipides. Ces derniers sont présents en très grande quantité dans le cerveau. Et pour cause ! Les lipides sont le constituant principal des membranes des cellules. Or, ils empêchent la pénétration de la lumière dans l’organe au-delà de quelques millimètres. De la même façon, la diffusion en profondeur des molécules fluorescentes (utilisées pour rendre visibles des structures biologiques) est freinée par les lipides. Ce qui empêche de visualiser un cerveau de souris en entier sous microscope. D’un autre côté, ce sont ces mêmes lipides qui assurent le maintien du cerveau en un seul morceau. Sans eux, il s’effondrerait sur lui-même. Pour se débarrasser des lipides, tout

Les étapes du procédé Clarity 1 Infusion Neurone

Lipides

4°C

Cerveau

Protéines

Formaldéhyde + acrylamide

Membrane neuronale

2 Chauffage 37°C

Matrice

3 Électrophorèse Micelle Lipides

Cerveau transparent

Courant électrique

Détergent

4 Injection d’anticorps fluorescents Anticorps

Neurone fluorescent

Le cerveau de souris est plongé dans un mélange de formaldéhyde et d’acrylamide. (1) Les protéines intégrées dans la membrane des neurones se mêlent à ces ­produits pour former une structure hybride. (2) Le cerveau est porté à 37 °C. ­L’acrylamide se durcit et forme une matrice à trois dimensions qui maintient le cerveau en place. (3) Une tension est appliquée de part et d’autre du cerveau (électrophorèse). Les lipides de la membrane des neurones se lient à un détergent et composent des micelles qui migrent et sont ­rejetées. Le cerveau devient transparent. (4) Des anticorps fluorescents sont injectés. Ils se fixent à certaines protéines membranaires, rendant les neurones fluorescents. L’ensemble du procédé dure neuf jours. © infographie sylvie dessert Source : Kwanghun Chung and Karl Deisseroth, Howard Hughes Medical Institute/Stanford University

en assurant la cohésion du cerveau, l’équipe a trouvé une astuce : dissoudre la matière grasse et la remplacer par un gel transparent. Ce processus n’est pas instantané. Avec un cerveau de souris adulte, d’environ 5 millimètres d’épaisseur, il a duré neuf jours. La première

étape a consisté à faire infuser le cerveau dans un mélange de formaldéhyde et d’acrylamide, gel transparent, pendant trois jours. Ces deux produits se lient entre eux et avec les molécules biologiques, mais pas avec les lipides, pour former une structure hybride. >>> nº 476 • juin 2013 | La Recherche • 9


actualités

Mathématiques

Systèmes dynamiques

Billards rationnels

C‘

Mettant à profit les outils des systèmes dynamiques, une équipe française a étudié des espaces qui expliquent le comportement des billards mathématiques.

B

© dr

C

Sébastien Gouëzel 

est chargé de recherche au CNRS. Il travaille dans l’équipe de théorie ergodique de l’institut de recherche ­mathématique de Rennes. Outre les systèmes dynamiques, ses recherches portent sur les marches aléatoires dans les groupes.

sur le web http://vimeo.com/34770119 Vidéo d’une conférence de Jean-Christophe Yoccoz sur les billards et les systèmes dynamiques donnée à l’institut Henri-Poincaré en novembre 2011.

Vous venez de démontrer un résultat important sur les systèmes dynamiques. Quel rapport avec les billards ? S.G. Je m’intéresse effectivement aux systèmes dynamiques, c’est-à-dire aux systèmes dont on étudie l’évolution à long terme. Un système dynamique typique est le système solaire : connaissant les lois de l’orbite des planètes, peut-on s’assurer que le système solaire restera stable après plusieurs millions d’années ? J’avais élaboré des outils spécifiques pour étudier une certaine classe de systèmes dynamiques, appelés hyperboliques : de petites modifications des conditions initiales conduisent rapidement à des comportements très différents. De manière inattendue, ces outils peuvent être utilisés pour comprendre une autre classe de systèmes dynamiques, pas du tout hyperboliques, les billards, qui étaient jusqu’ici étudiés par d’autres méthodes. Plus précisément, nous avons étudié avec ces outils les propriétés d’un

A

B‘

C‘

Une fois le billard triangulaire beige « déplié » en un octogone régulier, la trajectoire brisée A, B, C se transforme en lignes droites A, B’, C’. Quand elle sort de l’octogone, elle rentre sur le côté opposé. © dr

espace particulier, nommé espace de Teichmüller, qui lui-même contient des informations sur le comportement des billards. Quelles questions se poset-on sur les billards ? S.G. Un billard est un polygone dans le plan. On y lance une boule ponctuelle. Si l’on néglige les frottements, la boule continue indéfiniment son chemin, en rebondissant sur les bords. Ces rebonds sont simples : l’angle de réflexion est égal à l’angle incident. On peut se demander quel va être le comportement de la boule si l’on attend très longtemps. En particulier, va-t-elle p ­ asser

près de n’importe quel point du billard ? On dit alors que la trajectoire est dense. Et si c’est le cas, la boule passe-t-elle autant de temps près de tous les points ? On dit alors que la trajectoire est équidistribuée. Sait-on répondre à ces questions ? S.G. Sur des billards carrés ou rectangulaires, la réponse est positive : on sait depuis les années 1910 que les trajectoires sont denses et équidistribuées dès lors que le premier angle incident est irrationnel. À l’opposé, la situation la plus complexe est celle des billards en forme de triangle dont les angles

Chronologie

1916 : Hermann Weyl montre que les trajectoires dans un billard carré ou rectangulaire sont denses

et équiréparties. 1939 :  Oswald Teichmüller introduit un espace – des surfaces de translation –, dont

18 • La Recherche | juin 2013 • nº 476

l’étude permettra de déduire les propriétés des billards. 1984 : Kurt Strebel étudie de manière

très détaillée la géométrie des surfaces de translation. 1986 : Steven Kerckhoff, Howard

Masur et John Smillie expliquent qu’il vaut mieux étudier l’ensemble des surfaces de translation :

l’espace de Teichmüller. Cela permet de montrer que toutes les surfaces de translation


Les clés du succès Pour étudier un système dynamique ordinaire, comme le système solaire, il n’y a en général pas de formule utilisable, de sorte qu’il faut se servir des propriétés géométriques des trajectoires. Les difficultés dynamiques sont résolues grâce à la structure géométrique de l’espace et inversement, ce que la structure géométrique ne dit pas, c’est la dynamique qui permet d’y répondre. Dans l’espace de Teichmüller étudié, Sébastien Gouëzel et ses collègues ont dû bien comprendre, d’une part, les outils dynamiques et, d’autre part, la géométrie de cet espace. C’est la combinaison de ces deux ingrédients qui a fait fonctionner la preuve.

sont irrationnels. Là on ne sait pratiquement rien dire, quel que soit l’angle d’incidence initial, et on n’a aucun outil pour les étudier. Entre les deux, il y a les billards formés par des polygones dont tous les angles sont rationnels. Ce sont ceux auxquels nous nous sommes attaqués. Comment vous y êtes-vous pris ? S.G. L’idée consiste à « déplier » le billard. Dès que la boule arrive sur un bord, au lieu de la faire rebondir, on ajoute le symétrique du billard par rapport à ce bord. En procédant ainsi, nous avons transformé les multiples rebonds sur le billard en une ligne droite sur une surface baptisée surface de translation (voir la figure). Cette surface de translation contient toute l’information nécessaire à l’étude du billard initial et présente le gros avantage d’être plus facile à étudier. Ce que vous avez donc fait ? S.G. Plutôt que d’étudier

ont des compor­ tements compa­ rables, et d’en déduire des résultats sur les surfaces

une surface de translation fixée, il vaut mieux considérer un gros espace contenant toutes les surfaces de ­translation, l’espace de Teichmüller : cela permet de montrer que toutes les surfaces de translation ont des comportements comparables, et d’en déduire des résultats sur les surfaces de translation individuelles. Avec Jean-Christophe Yoccoz, du Collège de France, dès 2006 [1], et plus récemment avec Artur Avila, de l’institut de mathématiques de Jussieu [2], nous avons étudié la géométrie de ce gros espace en remarquant qu’il était muni d’un système dynamique naturel, transformant une surface de translation en une autre. Et que ce système dynamique est, lui, de nature hyperbolique. n Propos recueillis par Philippe Pajot [1] A. Avila et al., Publications mathématiques de l’IHES, 104, 143, 2006. [2] A. Avila et S. Gouëzel, Annals of Mathematics, 2013, à paraître.

de translation individuelles. 2012 : Artur Avila et Sébastien Gouëzel étudient la géométrie

de l’espace de Teichmüller et en déduisent le comportement de toute une classe de billards rationnels.

nº 476 • juin 2013 | La Recherche • 19


actualités

Vie Les cercles des fées expliqués Vues du ciel, les terres semi­désertiques de l’Ouest namibien révèlent d’étranges cercles d’herbes hautes qui persistent même durant les sécheresses. À l’intérieur, rien ne pousse. D’après Norbert Juergens, de l’université de Hambourg, en Allemagne, ces « cercles des fées » seraient dus au termite des sables Psammotermes allocerus. Cet insecte est en effet la seule espèce animale que le biologiste ait recensée dans tous les cercles. Or, il mange les racines des jeunes pousses qui s’y trouvent. L’eau de pluie n’étant pas absorbée par des plantes, elle s’accumule en profondeur. Elle y constitue une réserve que les herbes périphériques mettent à profit quand le besoin s’en fait sentir. N. Juergens, Science, 339, 1618, 2013.

Des champignons qui stockent du carbone La majorité du carbone organique stocké dans le sol des forêts boréales provient des champignons vivant en symbiose avec les racines des arbres. C’est la conclusion d’une équipe suédoise qui a déterminé, grâce à des analyses chimiques, la provenance de ce carbone. Avant cette étude, on pensait qu’il était majoritairement stocké dans l’humus provenant de la décomposition des feuilles mortes et des débris végétaux. Mais en fait, il apparaît que les filaments des champignons renferment entre 57 % et 70 % du carbone piégé. K.E. Clemmensen et al., Science, 339, 1615, 2013.

sur le web www.ina.fr/video/CPA86010546 En mémoire de François Jacob (voir p. 36), sur le site de l’Institut national de l’audiovisuel, un entretien enregistré en 1979 dans son laboratoire de l’Institut Pasteur. 20 • La Recherche | juin 2013 • nº 476

Dans l’œuf, les dinosaures

grandissaient déjà vite Paléontologie

La découverte des plus vieux œufs de dinosaures montre comment ces mastodontes se développaient avant leur naissance.

© AARON R.H. LEBLANC /DPT OF BIOLOGY, UNIV. OF TORONTO MISSISSAUGA, CANADA

En bref

A

ce jour, les paléontologues ont trouvé très peu de nids de dinosaures. La découverte de l’équipe internationale coordonnée par Robert Reisz, de l’université de Toronto, au Canada, n’en a que plus de valeur : un site de ponte datant d’environ 190 à 197 millions d’années [1]. Situé à Lufeng, dans la province chinoise du Yunnan, c’est le plus ancien connu. Mais surtout, la quantité de fossiles présents donne aux chercheurs l’occasion d’étudier toutes les étapes de développement des embryons de dinosaures. Les paléontologues n’ont trouvé que des œufs en miettes, probablement brisés à la suite d’une inondation. Mais plus de 200 ossements de quelques millimètres de long ont été répertoriés sur le site. Il s’agit des restes d’embryons provenant d’œufs pondus par

zoom

Cette coupe d’un fémur large de quelques millimètres révèle sa structure. Au centre, la cavité qui renfermait la moelle s’est remplie de cristaux durant la fossilisation. À la périphérie, le tissu osseux comprend de nombreux canaux qui renfermaient les vaisseaux sanguins.

différentes femelles, donc à des stades de développement divers. Un vrai puzzle ! L’analyse des os, notamment de la mâchoire, indique néanmoins que ces fossiles seraient du genre Lufengosaurus, dinosaure à petite tête et au long cou pouvant mesurer 9 mètres de long une fois adulte, proche parent des sauropodes. Comment faire parler un tas d’os minuscules ? Les cher-

cheurs se sont concentrés sur les plus grands, les fémurs. Ils ont mesuré la longueur de 24 d’entre eux et ont analysé leur tissu osseux. Leur croissance se révèle très rapide. Ils passent de 12 à 24  millimètres, alors que le dinosaure est encore à l’intérieur de son œuf. « La coupe du fémur ­montre aussi un dense réseau de vaisseaux sanguins plus développé que chez d’autres dinosaures

  Des flagelles accrocheurs

Certains implants médicaux sont conçus dans un matériau fait de bosses et de creux rapprochés, censés empêcher les bactéries d’y proliférer. Mais en pointant leur microscope électronique sur l’un de ces matériaux, des chercheurs de l’université Harvard, aux États-Unis, ont constaté que les bactéries Escherichia coli parviennent, au bout de quelques heures, à le coloniser (à gauche). Le temps que leurs multiples flagelles, qui leur permettent en temps normal de se propulser dans l’eau, s’immiscent en profondeur dans les interstices et servent de point d’ancrage. En revanche, des bactéries génétiquement privées de leurs flagelles ne parviennent pas à se fixer (à droite). R. S. Friedlander et al., PNAS, 110, 5624, 2013.


Incubation courte. Une telle croissance laisse aussi penser que la durée d’incubation était assez courte. Un autre élément va dans le même sens : le fémur était apparemment assez développé pour supporter une activité musculaire. On peut donc supposer que les petits Lufengosaurus pouvaient se déplacer à l’intérieur de leur œuf, comme le font actuellement les oiseaux. Mais au bout de combien de temps sortaient-ils de leur coquille ? « Il est difficile d’estimer cette durée d’incubation, reconnaît Koen Stein. Peut-être de un à trois mois. » Le paléontologue espère pouvoir le déterminer assez vite, en se référant au temps de gestation des oiseaux et des crocodiles, respectivement descendants et cousins éloignés des dinosaures.  n Olivier Donnars [1] R.R. Reisz et al., Nature, 496,

© RON FRIEDLANDER/HARVARD UNIVERSITY

210, 2013.

PHYSIOLOGIEDes prions

utiles pour la levure ? Questions à l’expert

© dr

à ce stade de différenciation », explique Koen Stein, paléontologue à l’université de Bonn, en Allemagne, et coauteur des travaux. Pour Éric Buffetaut, paléontologue au laboratoire de géologie de l’École normale supérieure de Paris : « Ces résultats indiquent que la croissance de ces animaux était déjà rapide dans l’œuf. Autrement dit, elle ne commençait pas après la naissance, comme certains le supposaient. »

Christophe Cullin est spécialiste des prions à l’institut de biochimie et génétique cellulaire de l’université de Bordeaux. Contrairement aux protéines prions responsables de maladies chez la vache ou l’homme, les protéines prions des levures ne sont pas pathogènes. Selon une équipe américaine, elles apparaîtraient et disparaîtraient en fonction des conditions environnementales ? C.C. C’est du moins le cas de la protéine nommée Mot3. Comme quelques autres protéines de levure, elle peut changer de forme, passant d’une forme normale à une forme « prion » anormale, nommée [MOT3]. Plusieurs [MOT3] peuvent s’agréger les uns aux autres et former des filaments. Randalf Halfmann, de l’université du Texas, et Susan Lindquist, de l’institut Whitehead de Cambridge, aux États-Unis, viennent de montrer que

5 micromètres

la transformation de Mot3 en prion [MOT3] est liée à la teneur en alcool et en oxygène de l’environnement [1]. En laboratoire, cette conversion se produit spontanément dans une levure sur un million. L’équipe américaine a prouvé qu’elle était beaucoup plus fréquente lorsqu’on ajoutait de l’éthanol au milieu de culture, et qu’une fois cette transformation effectuée elle était réversible lorsque le milieu était appauvri en oxygène. À quoi cette conversion sert-elle ? C.C. Peut-être favorise-t-elle l’adaptation de la levure à son milieu. En effet, dans cette étude, les auteurs montrent également qu’il y a une corrélation entre la présence des prions et la façon dont les levures s’organisent. Le plus souvent, les levures vivent sous forme isolée, mais lorsqu’elles sont « prionisées », elles se multiplient en restant collées les unes aux autres. Et si l’éthanol est la seule source de carbone du milieu, elles forment des structures en tapis, qui adhèrent au support. Une telle orga­ nisation permettrait de mieux se protéger vis-à-vis du milieu

extérieur. Toutefois cette interprétation reste une hypothèse, car le lien de cause à effet n’est pas démontré. Comment les biologistes ont-ils mis en évidence ce phénomène ? C.C. Ils ont cultivé les levures pendant six heures, dans différentes conditions. Par exemple, la présence d’éthanol à 12 %, une situation à laquelle les levures sont confrontées lors de la fermentation. Puis, dans chaque cas, ils ont dénombré les levures dans lesquelles les prions apparaissaient, grâce à un test génétique. Ce nombre était globalement toujours le même sauf dans le milieu contenant de l’éthanol : dans ce cas-là, le taux de conversion de la protéine Mot3 en prion [MOT3] augmentait d’un facteur 10. Les chercheurs ont ensuite soumis ces levures « prionisées » à une autre condition stressante rencontrée lors de la fermentation, une faible teneur en oxygène, inférieure à 1 %. Ils ont alors constaté que, lorsque les levures étaient maintenues dans ces conditions pendant cinq jours, [MOT3] se retransformait complètement en protéine normale. n Propos recueillis par Caroline Depecker [1] D.L. Holmes et al., Cell, 153, 153, 2013.

5 micromètres nº 476 • juin 2013 | La Recherche • 21


savoirs

Dossier

© FLORENCE DURAND/SIPA

Perturbateurs

Parmi ces plastiques rigides, seuls ceux portant le picto­gramme sont susceptibles de renfermer du bisphénol A. 38 • La Recherche | juin 2013 • nº 476


endocriniens comment ils menacent notre santé

P

ublié début 2013, le rapport de l’Organisation mondiale de la santé sur les perturbateurs endocriniens fera date : après l’avoir lu, impossible de minimiser les risques que nous font courir ces substances. Impossible aussi de faire comme si on ignorait tout de leur mode d’action. Ainsi, pour les spécialistes, il est acquis que ces produits peuvent agir à très faibles doses. Reste à convaincre les instances réglementaires : pour évaluer correctement les produits chimiques présents sur le marché, il faut impérativement tenir compte de ces nouvelles données.

1 Des poisons qui malmènent les hormones par Cécile Klingler 2 La contre-attaque s’organise pour les éliminer par Cécile Klingler 3 Le Distilbène en France : un scandale au long cours par Emmanuelle Fillion et Didier Torny nº 476 • juin 2013 | La Recherche • 39


savoirs

>>Perturbateurs endocriniens • 1

1 • Des poisons qui malmènent les hormones Parce qu’ils agissent à faibles doses, les perturbateurs endocriniens déconcertent les toxicologues. Ils partagent pourtant cette caractéristique avec nos hormones. par Cécile

Klingler,

journaliste à La Recherche.

D

istilbène, chlordécone, PCB, bisphénol A : quel point commun y a-t-il entre ces produits ? Tous sont des perturbateurs endocriniens. Autrement dit, tous ­peuvent ­perturber le système hormonal. En dépit de leurs différences intrinsèques : le Distilbène est une hormone de synthèse, le chlordécone, un insecticide, les PCB ont, quant à eux, longtemps servi d’isolants électriques, tandis que le bisphénol A est un composant de certains plastiques et de certaines résines ! C’est l’une des principales caractéristiques des perturbateurs endocriniens : il est impossible de les rapporter à une seule catégorie de produits. À ceux mentionnés ci-dessus, on pourrait en effet ajouter d’autres pesticides (dont le ­célèbre DDT), certains phtalates, des dioxines, les

L’essentiel >>Certaines pathologies peuvent résulter d’une dérégulation du système hormonal. Leur nombre augmente depuis vingt ans. L’implication de perturbateurs endocriniens est suspectée.

>>Tous les niveaux du système hormonal constituent pour ces perturbateurs des cibles potentielles. Des études in vitro et in vivo ont permis de mettre en évidence certains mécanismes d’action.

>>Ces mécanismes expliquent pourquoi les perturbateurs ­endocriniens peuvent agir à faibles doses.

40 • La Recherche | juin 2013 • nº 476

­ erchlorates… Et bien d’autres encore : les substanp ces soupçonnées d’être des perturbateurs endocriniens seraient près d’un millier (sur les quelque 100 000 produits chimiques répertoriés). Tous suscitent l’inquiétude quant à leurs effets sur la santé humaine. Pour plusieurs ­raisons. D’abord, deux d’entre eux, le Distilbène et le chlordécone, ont hélas montré que certains perturbateurs endocriniens ont des effets d’une particulière gravité chez l’homme (lire « Des témoins gênants », p. 41). D’autres, comme le DDT, ont fait la preuve de leur nocivité sur la faune sauvage. D’autres encore ont vu leurs effets de perturbateurs endocriniens démontrés par de multiples études en laboratoire, in vitro ou chez l’animal – c’est le cas du bisphénol A. Mais surtout, le nombre de pathologies pouvant s’expliquer, au moins en partie, par des ­dérégulations du système hormonal, ne cesse d’augmenter depuis vingt ans. Il s’agit par exemple de défauts de l’appareil reproducteur, de la baisse de la concentration du sperme en spermatozoïdes, de certains cancers dits « hormonodépendants », et même de l’obésité.

Tout le corps concerné. Pour toutes ces raisons, les perturbateurs endocriniens sont sur la sellette. Et la nécessité de mieux les connaître, pour mieux les combattre, se fait sentir. Que saiton au juste, aujourd’hui, de ces molécules ? En particulier, que sait-on de leur mode d’action et des concentrations aux­quelles ils agissent ? Est-on en mesure de déterminer le moment où ils sont potentiellement les plus néfastes ? « Pour comprendre la perturbation endocrinienne, nous devons comprendre les caractéristiques de base du système hormonal. » Une lapalissade ? Plutôt un rappel de bon sens, qui ouvre la première partie du récent rapport que l’Organisation mondiale de la santé (OMS) et le Programme des Nations unies pour l’environnement ont consacré au sujet. Les conséquences sont claires : il faut tenir compte de la physiologie du corps entier. Car les hormones sont partout. Contrairement à ce que l’on a longtemps cru, elles ne sont pas seulement sécrétées par


© RéGIS DOMERGUE/BIOSPHOTO

Des témoins gênants

© WILLIAM BOURGUET/CENTRE DE BIOCHIMIE STRUCTURALE CNRS UMR5048/INSERM U1054

des organes spécialisés, les glandes – par exemple l’hypophyse, la thyroïde, les glandes surrénales, le pancréas, les testicules ou les ovaires. Des organes tels que le tube digestif, le cœur, les reins ou le tissu adipeux synthétisent, eux aussi, des hormones (lire « Le corps sous contrôle hormonal », p. 43). Toutes, dans leur façon d’agir, présentent des points communs. Fabriquées par un tissu donné, elles sont transportées par le sang vers un ou plusieurs tissus cibles. Les hormones protéiques –  comme l’insuline ou la leptine  – circulent librement, tandis que les hormones ­stéroïdiennes –  comme les œstrogènes ou les

Le chlordécone, pesticide à longue durée de vie, a été utilisé de 1973 à 1993 aux Antilles pour lutter contre le charançon du bananier (ci-contre, une plantation martiniquaise). On sait aujourd’hui que les hommes ayant été exposés à ce produit ont un risque accru de développer un cancer de la prostate. La démonstration en a été faite en 2010 par des équipes de l’université de Rennes, du CHU de Pointe-à-Pitre et de l’université de Liège, au terme d’une étude rétrospective réalisée aux Antilles. Le Distilbène, lui, est un œstrogène de synthèse dont on pensait qu’il diminuait le risque de fausse couche. Il a été administré dans ce but à des millions de femmes enceintes des années 1950 à 1970. Il est à l’origine, chez leurs filles, de malformations de l’appareil reproducteur et d’un risque élevé de développer une forme rare de cancer du vagin.

­ ndrogènes – migrent, fixées à des protéines de a transport. Arrivées à destination, toutes agissent sur leurs cellules cibles par l’intermédiaire d’un ou de plusieurs types de récepteurs* auxquels elles se fixent de façon spécifique.

Cascade de signaux. Les récepteurs des hormones ­peptidiques sont situés à la surface des cellules. La fixation de l’hormone déclenche dans ces dernières une cascade de signaux qui aboutissent à telle ou telle réponse cellulaire. Les hormones stéroïdiennes, elles, ont un parcours plus complexe : elles se séparent de leur protéine de transport sanguine, traversent la membrane, se fixent à une autre pro-

* Un récepteur

est une protéine capable de se lier spécifiquement à une hormone ou à d’autres composés qui viennent soit l’activer, soit le bloquer.

Le récepteur des œstrogènes (hélices jaunes et surface grisée) interagit en temps normal (à gauche) avec l’hormone naturelle, l’œstradiol (en vert). Le bisphénol A (en orange) peut se fixer au même endroit (à droite), mais son affinité pour le récepteur est bien plus faible que celle de l’œstradiol. nº 476 • juin 2013 | La Recherche • 41


savoirs

Anthropologie

Parler comme on taille des silex Le langage humain et la fabrication d’outils se sont développés simultanément au cours de l’évolution humaine. L’imagerie cérébrale confirme que ces deux capacités reposent sur les mêmes circuits neuronaux.

par Thierry Chaminade, c hercheur à l’institut de neurosciences de la Timone, à Marseille.

L’essentiel >>Au cours de son

évolution, l’homme a acquis la faculté de parler et celle de fabriquer des outils complexes.

>>Deux expériences

d’imagerie cérébrale suggèrent que ces capacités sont liées au développement d’une même zone du cerveau, l’aire de Broca.

>>Cette région, jusqu’ici

© dr

associée seulement à la hiérarchisation des mots, aurait la même fonction vis-à-vis des gestes.

60 • La Recherche | juin 2013 • nº 476

A

ucun des proches cousins de l’homme – chimpanzés, gorilles, orangsoutans, etc. – ne parle. Pourtant, la plupart ont à leur disposition certains des prérequis nécessaires au langage. Par exemple, leurs organes vocaux leur permettent des vocalisations simples : ils émettent des sons pour signifier leurs émotions ou signaler un danger. On a aussi observé que des chimpanzés peuvent apprendre la langue des signes, associant des gestes à des objets ou à des actions concrètes. Cette forme de symbolisme constitue une première étape vers le langage. Cependant, aucun singe ne maîtrise une forme de communication comparable aux langages humains, du point de vue de la richesse du vocabulaire et de la complexité de la grammaire. De la même manière, s’ils utilisent des pierres pour ouvrir des noix, par exemple, ils ne fabriquent pas véritablement des outils. Le langage et la fabrication d’outils ne se sont développés que chez l’homme. Deux expériences que nous avons menées ces dernières années nous ont montré que cela n’était pas dû au hasard. Ces deux facultés sont en effet commandées par la même struc-

1

La taille d’un biface selon la technique détachant des éclats (1). Puis on prépare

ture cérébrale : l’aire de Broca*, structure propre à l’homme et chargée de hiérarchiser les actions. En 1991, une professeure de psychologie à l’université de Californie à Los Angeles, Patricia Greenfield, a constaté que, chez l’enfant, l’apprentissage du langage semblait se dérouler de manière simultanée avec un autre processus, la manipulation d’objet. Elle a en effet observé qu’entre 1 et 3 ans, l’enfant manipule les objets de manière de plus en plus complexe. Il est progressivement capable d’un enchaînement d’actions de plus en plus riche. Tout comme, à la même période, il assemble les mots de manière de plus en plus élaborée.

Aire de Broca. Cela a conduit Patricia Greenfield à proposer que langage et manipulation d’objets émergent, chez l’enfant, d’un même substrat cérébral : l’aire de Broca [1]. Cette zone était plutôt jusque-là considérée comme spécialisée dans le langage. Son rôle serait en fait de façon plus générale de choisir et de hiérarchiser les actions à accomplir pour réaliser une tâche. Par exemple, pour les manipulations d’objets, l’aire de Broca « sait » que, pour *L’aire de Broca est une région du cortex frontal inférieur gauche, souvent considérée comme l’« aire du langage ».


3

© DIETRICH STOUT, BRUCE BRADLEY, THIERRY CHAMINADE

2

acheuléenne se déroule en plusieurs étapes bien ordonnées. D’abord, il faut mettre en forme le bloc de pierre en des plates-formes par abrasion du bord (2). Enfin, des coups bien portés permettent un affinage du tranchant (3).

se servir un verre, il faut commencer par déboucher la bouteille d’eau. Pour le langage, cela correspond à la maîtrise de la grammaire. Sans grammaire, en effet, impossible de différencier les phrases comme « Jean frappe Paul » et « Paul frappe Jean », qui décrivent des situations diamétralement opposées. Les mots utilisés sont rigoureusement identiques, c’est l’ordre dans lequel ils sont présentés qui définit la structure

hiérarchique (qui est sujet, qui est objet) de la phrase, et donc son sens. Selon Patricia Greenfield, ce substrat cérébral aurait été présent chez l’ancêtre de l’homme et des grands singes actuels. Mais seul l’homme l’aurait développé. En effet, les espèces du genre Homo ont vu, au cours de l’évolution depuis environ 2,5 millions d’années, le lobe frontal du cerveau croître fortement. Comme cette zone contient l’aire de Broca, il est vrai-

Fig.1  Le cerveau taille un biface Contrôle moteur

Structuration des actions

© THIERRY CHAMINADE

Hémisphère droit

Hémisphère gauche

Dans l’hémisphère droit (observé en tomographie à émission de positrons) la taille de bifaces acheuléens active deux zones (taches en jaune et rouge) situées dans des aires dévolues au contrôle moteur. Elle active aussi les zones en vert et bleu, dans la partie antérieure de l’aire de Broca, responsable de la structuration du langage et des actions.

semblable qu’elle se soit aussi agrandie. La capacité à hiérarchiser le comportement se serait de ce fait considérablement développée. Ce qui aurait permis le développement en parallèle du langage et de la manipulation d’outils.

Premiers outils. Avec Dietrich Stout, archéologue spécialiste de l’histoire de la fabrication des outils en pierre taillée à l’université Emory, aux États-Unis, nous avons réuni nos compétences afin de mettre en évidence ce lien entre le développement de l’aire de Broca, et celui du langage et de la manipulation d’outils. J’avais moi-même, comme neuro­scientifique, travaillé sur les bases cérébrales de l’imitation et de l’observation des actions. Étudier le développement du langage au cours de l’évolution est difficile. Car nous ne pouvons qu’inférer son histoire à partir d’éléments très partiels ou indirects : taille et forme du cerveau, position du larynx qui abrite les cordes vocales, etc. L’évolution des outils utilisés par les espèces humaines depuis 2,5 millions d’années est en revanche bien mieux connue : elle a laissé de nombreux vestiges. Nous avons donc essayé de déterminer quelles sont les ressources cérébrales impliquées lorsqu’un homme fabrique des outils préhistoriques. Notre première expérience a consisté à >>> nº 476 • juin 2013 | La Recherche • 61

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La Recherche n°476 - Les perturbateurs endocriniens  

Les Perturbateurs endocriniens. > Bisphénol A, distilbène, pesticides. Comment ils menacent notre santé. > La conjecture de Goldbach

La Recherche n°476 - Les perturbateurs endocriniens  

Les Perturbateurs endocriniens. > Bisphénol A, distilbène, pesticides. Comment ils menacent notre santé. > La conjecture de Goldbach

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