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Résultat scientifique

L’indexation des données brutes de séquençage pour mieux déchiffrer le vivant

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Les grands projets de séquençage sont fondamentaux pour mieux comprendre le vivant dans différents domaines (santé, agronomie, écologie). Les avancées technologiques ont permis d’atteindre une taille considérable de données brutes de séquençage (lectures de séquences). Le service européen « European Nucleotide Archive » contient actuellement près de 50 Petaoctets de données brutes publiques.

Une équipe de chercheurs du CNRS Terre & Univers, en collaboration avec plusieurs laboratoires de recherche, a utilisé des k-mers (mots de taille k) pour créer une notion de mot dans les données brutes de séquençage. Cette solution d’indexation a ainsi permis d’interroger plusieurs dizaines de téraoctets de données de séquence issues du projet Tara Oceans. Le serveur web public Ocean Read Atlas (ORA), développé pour ce propos, permet d’interroger directement plusieurs jeux de données du consortium Tara Oceans prélevés sur tous les océans du globe. À l’aide d’une ou plusieurs séquences, il est possible d’identifier la présence de séquences similaires sous forme de carte et de graphique interactifs (voir figure 1) dans les stations de prélèvement en fonction de leurs propriétés environnementales (température, salinité, oxygène, etc.).

Auparavant, une requête de 1000 séquences nécessitait plusieurs semaines de calculs sur des supercalculateurs, la réponse est désormais instantanée avec ORA sans compresser la structure des données. Cette étude ouvre ainsi de nouvelles perspectives dans le domaine de la génomique et l’écologie numérique grâce à l’accès et l’exploitation des dizaines de téraoctets de données génétiques. Ce modèle d’indexation de données de séquençage sera utilisé pour les campagnes océanographiques BioSWOT-Med et APERO.

Figure 1. Carte de la répartition biogéographique des séquences partageant les k-mers contenus dans la séquence du gène appelé nifH de l’espèce Pseudodesulfovibrio profundus.© Institut Méditerranéen d'Océanologie (MIO)
Figure 1. Carte de la répartition biogéographique des séquences partageant les k-mers contenus dans la séquence du gène appelé nifH de l’espèce Pseudodesulfovibrio profundus.© Institut Méditerranéen d’Océanologie (MIO)

 

Source : https://www.insu.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/lindexation-des-donnees-brutes-de-sequencage-pour-mieux-dechiffrer-le-vivant

Découverte d’un système extrasolaire comprenant une sous-Neptune froide

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Depuis la première découverte en 1995 d’une planète autour d’une étoile autre que le Soleil, plus de 5000 exoplanètes ont été détectées. Cependant, les planètes petites et légères en orbite loin de leur étoile restent rares et particulièrement difficiles à détecter. C’est la découverte d’une telle planète qui est annoncée aujourd’hui, autour de l’étoile HD88986. Ce type de détections mènera à celle de planètes jumelles de la Terre autour d’étoiles semblables au Soleil.

L’étude, menée par une équipe internationale dans laquelle le CNRS Terre & Univers  est impliqué (voir encadré), repose sur des observations menées avec le spectroscope de haute précision SOPHIE à l’Observatoire de Haute-Provence. Elle utilise également des données des satellites observatoires TESS, CHEOPS et GAIA, ou du télescope Keck à Hawaii. Au final, plus de 25 ans d’observations sont combinées dans cette étude.

Le système HD88986 comprend tout d’abord une sous-Neptune froide. Elle a la période orbitale la plus longue (146 jours) parmi les petites exoplanètes connues avec des mesures précises de masse. Elle est seulement 17 fois plus massive et deux fois plus grosse que la Terre, et offre des perspectives intéressantes pour l’étude de son atmosphère. Ce système comprend également un compagnon massif et plus lointain, sur une orbite bien au-delà de celle de la sous-Neptune. L’ensemble constitue est un cas particulièrement intéressant pour mieux comprendre la formation et l’évolution des planètes.

Crédit : OSU Pytheas, CNRS, AMU

 

Source : https://www.insu.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/decouverte-dun-systeme-extrasolaire-comprenant-une-sous-neptune-froide

Restaurer ou ré-ensauvager la nature ?

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Dans le cadre de la Décennie des Nations Unies pour la restauration des écosystèmes (2021-2030), la restauration des écosystèmes est un levier mondialement reconnu pour lutter contre le dérèglement climatique et la perte de biodiversité. Pourtant, des débats persistent sur la forme que doivent prendre ces actions, partagés entre restauration active et ré-ensauvagement. Dans cette synthèse bibliographique parue dans Biological Reviews, une équipe internationale1 démontre que même si la restauration écologique et le ré-ensauvagement partagent le même objectif de régénération d’écosystèmes dégradés suite aux actions humaines, des différences existent cependant dans les démarches et moyens mis en œuvre.

Face à l’effondrement de la biodiversité, la protection des écosystèmes et des espèces rares s’est avérée insuffisante. La restauration des écosystèmes dégradés est donc progressivement apparue en complément des mesures de conservation. Largement reconnue par des accords internationaux (Union Internationale pour la Conservation de la Nature, Convention sur la diversité biologique), elle vise à prévenir, arrêter, voir inverser leur dégradation. Cependant, les mesures employées sont multiples, comme par exemple la restauration écologique et le ré-ensauvagement.

La restauration écologique, « processus d’aide à la récupération d’un écosystème qui a été dégradé, endommagé ou détruit »2 , s’est développée dès les années 1930. Le concept de ré-ensauvagement, « processus de reconstruction d’un écosystème naturel après arrêt des perturbations humaines […] afin qu’il redevienne autonome et résilient avec une biocénose qui aurait été présente si la perturbation ne s’était pas produite »3 , a cependant émergé bien plus tard, à la fin des années 1990. Il a beaucoup gagné en popularité au cours de la dernière décennie bien que sa légitimité en tant que discipline à part entière soit encore fortement débattue. Selon certains auteurs, il appartiendrait au continuum des activités de restauration écologique et n’apporterait donc pas de nouveauté. D’autres soulignent au contraire qu’il se différencie de la restauration écologique en encourageant avant tout les processus naturels autodéterminés et les objectifs fonctionnels.

Dans cette étude, une synthèse de la bibliographie scientifique internationale anglophone à partir des termes « rewilding » (1 044 références) et « ecological restoration » (7 834 références) a été réalisée.  Pas moins de 215 articles ont été intégralement lus et analysés.

Si restauration écologique et ré-ensauvagement partagent le même objectif global de restauration des écosystèmes endommagés, cette analyse révèle que leurs démarches sont différentes. A titre d’exemple, le ré-ensauvagement fait surtout appel à des contrôles descendants dits « top-down » via la réintroduction de grands herbivores, tandis que la restauration écologique reconstitue plutôt les communautés végétales, à la base des chaînes alimentaires, pour initier des processus ascendants, ou « bottom-up ».

Figure 1 - Chevaux Tarpans dits de Bilgoraj (Equus ferus gmelini Ant.), un cheval métissé et probablement féral de la période historique et protohistorique, descendant du véritable cheval sauvage Tarpan et introduits à des fins conservatoires par l’Association pour le Retour des grands Herbivores dans les Espaces Naturels (ARTHEN) dans le Bugey (Ain). C’est un exemple de retour au pâturage naturel caractéristique d’une opération de ré-ensauvagement. © Clémentine Mutillod, Institut Méditerranéen de Biodiversité et d’Écologie.
Crédit photo : Thierry Dutoit

En termes de succès, les méta-analyses indiquent que beaucoup d’opérations de restauration écologique ont été incapables d’atteindre l’objectif de retour aux écosystèmes préexistants. Le succès des opérations de ré-ensauvagement est quant à lui encore difficile à quantifier car elles restaient jusqu’à présent plus marginales. C’est en effet l’urgence de restaurer les écosystèmes qui a suscité un enthousiasme récent et une multiplication des projets de ré-ensauvagement.

En conclusion, en attendant les résultats de la comparaison des succès de ces deux approches, notre analyse bibliographique plaide pour leur mutualisation, car l’une n’exclut pas nécessairement l’autre. Enfin, l’augmentation du nombre de projets de restauration et de ré-ensauvagement souligne que nous avons échoué dans de nombreux endroits à conserver des écosystèmes fonctionnels. Il est donc plus que temps d’étudier les possibilités offertes par la complémentarité entre ces deux approches au profit de l’accroissement de la biodiversité et de la fonctionnalité des écosystèmes, seuls garant de notre durabilité sur la planète.

Source : https://www.inee.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/restaurer-ou-re-ensauvager-la-nature

1. Equipe internationale composée de chercheurs du CNRS, d’INRAE, d’Avignon Université, de l’université de Liège et du centre britannique pour l'écologie et l'hydrologie.
2. Gann, G. D., McDonald, T., Walder, B., Aronson, J., Nelson, C. R., Jonson, J., Hallett, J. G., Eisenberg, C., Guariguata, M. R., Liu, J., Hua, F., Echeverría, C., Gonzales, E. K., Shaw, N. L., Decleer, K., & Dixon, K. W. (2019). International principles and standards for the practice of ecological restoration. Second edition. Restoration Ecology, 27(S1). https://doi.org/10.1111/rec.13035
3. Carver, S., Convery, I., Hawkins, S., Beyers, R., Eagle, A., Kun, Z., Van Maanen, E., Cao, Y., Fisher, M., Edwards, S. R., Nelson, C. R., Gann, G. D., Shurter, S., Aguilar, K., De Andrade, A. G., Ripple, W. J., Davis, J., Sinclair, A. R. E., Bekoff, M.,. . . Soulé, M. E. (2021). Guiding principles for rewilding. Conservation Biology, 35(6), 1882‑1893. https://doi.org/10.1111/cobi.13730

Asie centrale : changement brutal des précipitations et de la végétation il y a 56 millions d’années

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Dans le but de mieux appréhender notre futur, une équipe internationale, dans le cadre du consortium de recherche « VeWA » et dans laquelle le CNRS Terre & univers est impliqué (voir encadré), explorent les anciennes périodes chaudes de l’histoire de la Terre. Leur étude montre qu’une augmentation des gaz à effet de serre dans l’atmosphère il y a 56 millions d’années a entraîné un changement brutal des précipitations et de la végétation en Asie centrale.

Afin de reconstituer les régimes de précipitations de la période chaude du début du Paléogène, les chercheurs ont combiné leur expertise pour développer une approche multi-proxy innovante dans laquelle ils ont combiné du pollen et des spores fossiles ainsi que des données géochimiques provenant de sols fossiles. Au cours de l’événement hyperthermal étudié, les précipitations ont temporairement doublé en raison des températures plus élevées et la steppe régionale a été remplacée par un paysage forestier. Les sols se sont asséchés en hiver, ce qui signifie que, contrairement aux attentes, la plupart des précipitations sont tombées pendant la période estivale – ce qui est comparable à la mousson moderne.

Les scientifiques associent cet évènement hyperthermal au maximum de température du paléocène/éocène, une phase de réchauffement de la planète associée à une augmentation considérable des gaz à effet de serre dans l’atmosphère et les océans de la Terre. Au cours de cette période, la température globale a augmenté en moyenne de six degrés Celsius en l’espace de quelques milliers d’années. Leurs recherches montrent qu’en Asie cet évènement s’est accompagné de conditions exceptionnellement humides et à une expansion des précipitations vers l’intérieur des terres, qu’ils ont appelée proto-mousson. Ce travail fournit des informations paléoclimatiques sur le climat de l’Asie centrale d’une réponse abrupte et non linéaire des moussons asiatiques aux conditions extrêmes de l’effet de serre et mettent en évidence la possibilité de changements brusques dans le cadre d’un réchauffement planétaire futur. Le réchauffement actuel impose des températures extrêmes et une sécheresse accrue sur la steppe d’Asie centrale, ainsi que sur sa flore et sa faune fragiles, qui sont déjà menacées par l’utilisation anthropique des sols. Des changements abrupts encore plus spectaculaires sont attendus si les températures continuent d’augmenter.

Deux grains de pollen fossils. Ephedra, typique des arbustes des steppes d'Asie centrale de la période Paléogène (gauche). Juglandaceae, un taxon ancestral de marronnier qui se répand en Asie Centrale pendant l'hyperthermal il y a 56 millions d'années (droite).
Crédit : Hanna van den Hil and Julia Gravendyck.
Echantillonnage près de Xining, Chine occidentale.
Crédit : Dupont-Nivet/CNRS Rennes

La chronologie lunaire révisée par l’hétérogénéité du bombardement

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L’un des résultats scientifiques majeurs des missions de retour d’échantillons lunaires (Apollo, Luna, Chang’e) a été l’établissement d’un modèle de chronologie permettant de déduire l’âge des surfaces à partir de la densité de cratères observée. Ce modèle constitue actuellement le seul outil disponible pour dater les surfaces du Système Solaire, permettant ainsi de préciser la temporalité des grands évènements responsables de leur évolution géologique. Or, la majorité des modèles de chronologie, supposent un taux de cratérisation homogène sur toute la surface lunaire.

Cependant, la synchronicité de l’orbite lunaire autour de la Terre et la distribution orbitale des impacteurs remettent en question l’hypothèse d’un flux d’impact lunaire homogène. Quelle est l’intensité et les conséquences d’une hétérogénéité du flux d’impact sur la mesure de l’âge des surfaces lunaires? C’est justement ce qu’une équipe de recherche internationale, dans laquelle le CNRS Terre & Univers est impliqué, vient d’établir.

Les scientifiques ont découvert que le taux de cratérisation sur la Lune varie d’un facteur ~1.8 entre différentes régions. La conséquence sur l’interprétation des échantillons lunaires ? Les régions d’où proviennent ces roches n’auraient donc pas enregistré le même taux d’impact et les systèmes de chronologie des corps du Système Solaire s’en trouvent erronés. Les chercheurs ont ensuite utilisé cette variation du taux de cratérisation pour recalibrer la chronologie lunaire. Ce nouveau modèle modifie jusqu’à 30% l’âge des surfaces lunaires déduites des comptages de cratères depuis des décennies. En conséquence, notre vision de la temporalité de l’activité géologique de la Lune pourrait être révisée, tout comme les chronologies d’autres corps planétaires tels que Mercure et Mars, lesquels sont calibrées sur celle de la Lune. Enfin, les futures missions d’échantillonnage lunaire telles qu’Artemis ou Chang’e-6 permettront de préciser cette chronologie pour les périodes les plus anciennes, il y a plus de 3.5 milliards d’années.

Asymétrie du taux de cratérisation lunaire. Les points noirs et jaunes symbolisent les terrains échantillonnés par les missions Apollo (A), Luna (L) et Chang’e-5 (CE).
Asymétrie du taux de cratérisation lunaire. Les points noirs et jaunes symbolisent les terrains échantillonnés par les missions Apollo (A), Luna (L) et Chang’e-5 (CE). Crédit : A. Lagain et al. (2024)

Source : https://www.insu.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/la-chronologie-lunaire-revisee-par-lheterogeneite-du-bombardement

Mercure hydrothermal : l’histoire naturelle d’un contaminant

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Une équipe internationale de chercheurs, coordonnée par le CNRS (voir encadré), a établi la première estimation mondiale des émissions hydrothermales de mercure (Hg) provenant des dorsales médio-océaniques. La Convention de Minamata sur le mercure de l’ONU vise à réduire l’exposition humaine au mercure toxique à travers la réduction des émissions anthropiques. Nous sommes principalement exposés via la consommation de poissons qui bioaccumulent le Hg de l’océan. Le paradigme actuel est que les émissions anthropiques de mercure (actuellement 3 100 t an-1) sont à l’origine de l’augmentation du réservoir océanique mondial de mercure de 21 %. Cette estimation est erronée car nous ne savons pas quelle quantité de mercure naturel résidait dans l’océan avant le début des émissions anthropiques.

Nous ne sommes également pas en mesure de quantifier l’impact des émissions anthropiques sur les niveaux de Hg chez des poissons. L’hydrothermalisme est la seule source directe de Hg naturel vers l’océan. Des études antérieures, basées uniquement sur les mesures des fluides hydrothermaux, suggéraient que les apports du Hg hydrothermal pourraient se situer entre 20 et 2 000 t an-1. Cette nouvelle étude a utilisé, en plus des mesures de fluides, des mesures de panaches hydrothermaux, d’eaux de mer et de carottes de roches provenant de la source hydrothermale Trans-Atlantic Geotraverse (TAG) sur la dorsale médio-atlantique.

La combinaison des observations suggère que la majorité du Hg enrichi dans les fluides, serait diluée dans l’eau de mer et qu’une petite fraction précipiterait localement. Une extrapolation des résultats indique que le flux hydrothermal global de Hg provenant des dorsales médio-océaniques est faible (1,5 à 65 t an-1) par rapport aux missions anthropiques de Hg. Bien que cela suggère que la majeure partie du Hg, présent dans l’océan, est d’origine anthropique, cela laisse également espérer que la mise en œuvre stricte des réductions d’émissions, dans le cadre de la Convention de Minamata, réduira les niveaux de mercure des poissons et l’exposition des humains.