et al

Biodiversité et modèles
expérimentaux animaux
Gilles BOEUF
Laboratoire Arago, UPMC/CNRS, Banyuls-sur-mer
Muséum national d’Histoire naturelle, Paris
Les Cordeliers, janvier 2010
Paris, 12 janvier 2010
© Santo, 2006
2010, l’année de
la biodiversité ?
Gilles Boeuf, Laboratoire Arago,
Université Pierre et Marie Curie/CNRS
Banyuls-sur-mer
Muséum national d’Histoire naturelle, Paris
Paris, ENS, 12 février 2009
Qu’est-ce que la Biodiversité ?
Interprétation différente selon les groupes sociaux en présence :
systématiciens, agronomes, industriels, économistes, philosophes,
politiques, grand public…
Ce n’est surtout pas que la diversité spécifique, c’est aussi l’information
génétique contenue dans chaque unité élémentaire de diversité, un individu,
une espèce, une population, un écosystème et l’ensemble de toutes les
relations entre eux…
Terme créé au milieu des années 80 (WG Rosen, 1985), contraction de «
diversité biologique », (1) mécanismes biologiques de genèse de la diversité
naturelle, (2) écologie fonctionnelle, biocomplexité, biogéochimie, (3) nature
« utile » pour les ressources génétiques, alimentaires, cosmétiques,
pharmacologiques, sondes et modèles… (4) stratégies de conservation pour
préserver le patrimoine naturel attendu par les générations futures.
C Lévêque et J C Mounolou, 2001,
J Blondel, 2005 ; G Boeuf, 2008 ; CSPNB, 2009
D’un point de vue opérationnel, la biodiversité c’est :
Une priorité scientifique (comprendre sa genèse,
ses fonctions et enrayer son érosion)
Un enjeu économique (ressources biologiques et
génétiques à valoriser et partager)
Un enjeu éthique (droit à la vie des espèces)
Un enjeu social (partage des valeurs et des
avantages)
(termes de la CDB)
J Blondel, 2007
Ce concept associe étroitement les sciences de la nature et celles
de l’homme et de la société
La planète bleue
•
La terre est recouverte à plus de
70 % par les mers et océans : la
planète bleue
• La vie est apparue dans « l’océan
primitif »
• Les caractéristiques de l’eau
(salée) sont bien spécifiques
• 14 phyla (sur 35) marins, 13 %
des sp connues, mais 10 % de la
biomasse carbonée pour les
seules bactéries de la mer !
275 000 espèces décrites dont 93 000 pour les seuls récifs coralliens
Puis s’y sont produits des
événements déterminants pour le
futur du vivant : l’apparition du
noyau, la capture d’organismes qui
deviendront des organites par
symbiose et la « pluricellularité »
(métazoaires). Ce sera aussi
l’apparition de la sexualité.
850 MA
2,7 Md A
2 Md A
Procaryotes-Eucaryotes vers
2 Md A,
Organites, 1900 (M) et 1400 (Pl)
Protozoaires-métazoaires
vers 1 Md A,
65,5
215,
75 % EM + T
245,
95 %
The largest mass extinction occurred at the
end of Permian (ca. 250 million years ago)
It was caused by asteroid
impact, intense volcanic
activity, atmospheric
warming (6°C) and methane
emission from oceanic gases
hydrate deposits.
Ca. 95% of species died off
in less than 4 million years.
One hundred million years
were needed to bring back
biodiversity to its previous
level.
Benton & Twitchett, 2003
Gaston & Spicer 1998.
365,
75 EM
La 6ème grande extinction ?
440,
85 %
Lévêque et Mounolou, 2001
Dubois, 2004
Evolution de la population
humaine
D’environ 5 millions
d’humains au moment
de la sédentarisation
vers 8 000 av JC à 6,4
milliards aujourd’hui et
9 en 2040 !
Period
Age (Myr)
Event
Pliocene
5.3-1.7
Earliest humans
Paleocene
66-58
Radiation of mammals and birds, flowering
plants, pollinatinginsects
Cretaceous-Paleocene
66
Fifth great crisis: extinction of dinosaurs
Triassic
245-208
First dinosaurs, first mammals
Permian-Triassic
245
Third great crisisof extinction
Carboniferous
360-300
Radiation of land life
Devonian
408-360
First amphibians
Silurian
438-408
First arthropodson lands
Ordovician
489-438
First land plants
Precambrian
550
Precambrian radiation in the sea
800
First cyanobacteria on lands
1 800 , 1 200
Cell organelles (mitochondria, plastids)
2 000
Cell nucleus, eukaryotic life
3 200-2 500
Release of O2 from the ancestral ocean
3900
Emergence of life, only prokaryotic life
4 600
Age of the Earth
Boeuf, 2010
© J Lecomte, OOBanyuls
Le mythe du « bon sauvage »
L’homme moderne ne fait, en fait, que prolonger (et amplifier !) un
processus d’érosion de la biodiversité, engagé il y a fort longtemps par
nos lointains ancêtres,
1 000 à 2 000 sp d’oiseaux disparus dans les îles du Pacifique depuis la
colonisation par l’homme ; en Nouvelle Zélande, survie de tous les
oiseaux au changement de climat du pléistocène puis 1/3 disparus après
l’arrivée des Maoris vers 800 ap JC,
Avec l’arrivée de l’homme, toutes les grandes espèces disparaissent :
100 % des mammifères > 1 t, 75 % des 100 kg/1 t (sauf en Afrique),
tous les > 100 kg en Australie, 22 des 38 entre 10 et 100, 86 % à 46 000
ans ; en Amérique du N, 75 % de la mégafaune détruite (12 000 ans), 80
% des grands mammifères en Am. du S (11 000 ans), 50 genres en
Afrique il y a 40 000 ans !
Probablement rôle conjoint des changements climatiques de la fin du
quaternaire, glaciations/réchauffements tous les 10 000 ans ; chasse,
défrichement par le feu, introduction d’animaux domestiqués, épidémies
induites…
Arrivée
Disparitions des grands mammifères oiseaux
de l’homme
15 000 ans
75 % des espèces initiales à partir de12 000 ans
Amérique du Sud
14 000 ans
80 % des grands mammifères depuis 11 000 ans
Australie
55 000 ans
86 % vers 46 000 ans
Nouvelle Zélande
800 ans ap JC
33 % oiseaux en 1200 ans
Europe
Disparitions massives vers 10-12 000 ans
Afrique
origines
50 genres de grands mammifères à 40 000 ans
Madagascar
2 000 ans
Lémuriens, oiseaux…
Grnde faune AM N
Amérique du Nord
Ottawa, 1999
Evolution de la pensée
En moins d’un siècle, notre perception du monde vivant a bien changé :
dans une société rurale en Europe et dans les « colonies », l’important était
de survivre fin XIXème. Prédateurs et ravageurs de cultures étaient
nombreux et les récoltes incertaines.
Nature et animaux étaient hostiles : espèces « utiles » et « nuisibles » dans
tous les manuels scolaires !
Manuel scolaire, 1930 : «…presque tous les insectes sont nuisibles, il faut leur faire une guerre
acharnée… » ! Disparition en 1963
« Le chasseur français », 1924 : « … les rapaces, des brigands ! Tous ces oiseaux-là sont des
brigands et brigands et demi. Il suffit qu’ils soient un peu nuisibles pour que je les supprime… »
Les comportements se modifient après la seconde guerre mondiale, c’est
l’invention de puissants insecticides (DDT), urbanisation, industrialisation,
éloignement des campagnes, « révolution verte », agriculture intensive à
hauts rendements, basée sur les semences avec engrais, pesticides et
insecticides.
Apparition de la science écologique et de l’écologisme politique, sur une
situation loin d’être idyllique au début des années 60.
Comment naissent les
espèces ?
Remplacement d’une espèce par une autre,
l’anagenèse, accumulation de
transformations génétiques adaptatives au
cours du temps, continuité évolutive de la Vie,
Spéciation par cladogenèse, apparition de
une ou plusieurs espèces à partir d’une
initiale par isolats, diversification du vivant.
Spéciation allopatrique et sympatrique,
Gradualisme et équilibres ponctués,
Radiation adaptative, pinsons de Darwin,
Cichlidés des lacs, Drépanididés de Hawaï…
Mutations, sélections, dérive génétique : quel
est le rôle de l’homme à ces niveaux ?
Bradypus
Tamandua
Dasipus
Euphractus
Delsuc et al. 2004
Comment mesurer la
diversité biologique ?
Comptage des espèces,
L’écologie moléculaire (petite
sous-unité 16S de l’ARN
ribosomique) révèle une
incroyable diversité chez les
procaryotes et les petits
eucaryotes (18S), totalement
insoupçonnée,
« Séquençage » de milieux,
Estimation de l’abondance
relative d’espèces dans un
milieu,
Mesures « génétiques »,
nombre d’allèles sur un même
locus, fréquence relative, degré
d’hétérozygotie…
Caractéristiques des habitats…
(Purvis & Hector, 2000)
Le nombre d’espèces actuelles
représente environ entre 1 et 2 % des
espèces depuis le début de la Vie
Myers et al., 2000
Les « hot spots »
Dubois, 2004
La moitié des sp sur 7 % des terres émergées, près de 90 % sur 10 %
La diversité biologique est très inégalement répartie : de 14 biomes retenus, il
existerait 14 M sp (Gaston & Spicer 1998, 2004. Biodiversity, an introduction)
La Conférence de Rio en 1992
« Le sommet de la terre »
Confirmation du terme « biodiversité », préoccupation mondiale
sur le «développement durable», le débat passe du scientifique
au politique,
Réactions en chaîne, conserver la diversité biologique pour des
raisons économiques, biotechnologiques, éthiques…
Développement des approches moléculaires, séquençages en
masse, typage, OGM, progrès de l’écologie, de la
connaissance des écosystèmes, des grands cycles
biogéochimiques, de l’influence du vivant sur le climat…éviter
une nouvelle extinction en masse…
Délicat compromis à trouver entre protection des milieux et des
espèces et le développement : satisfaire les besoins de
l’humanité sans détruire la diversité du monde vivant.
Création de la Convention Internationale sur la Diversité
Biologique, aujourd’hui ratifiée par 188 pays, très difficile
dialogue Nord-Sud.
Impacts de l’homme
Vitousek et al., 1997, Science
80
70
60
50
40
% change
30
20
10
0
Land transformation
C02
Water use
N fixation
Plant invasion
Bird extinctio
Marine fisheries
Les disparitions d’espèces
« Normalement », une sp/1000/millénaire
N Myers en 1979, 40 000 sp/an
P Ehrlich et A Ehrlich en 1981, 25 000 sp/an
Lubchenco et al., 1991, 23 000 sp/an
E O Wilson en 1993, 27 à 100 000
R Leakey et R Lewin en 1997, 25 000 à 40 000 sp/an,
S Pimm & J Lawton en 1998 dans Science, taux 100 fois plus que le naturel
P H Raven en 2002, rythme 1 000 fois plus rapide
Nature en 2004, Thomas et al, 1 M à l’horizon 2050
A Tesseydre en 2004, rythme 50 à 600 fois plus rapide, selon les groupes
Une sp disparaît de la terre toutes les 20 minutes, Dubois, 2004
J Blondel en 2005, rythme de disparition 1000 fois plus rapide que le naturel
Millenium Ecosystem Assessment, 2005, rythme 1000 fois plus rapide que le naturel.
Le déclin des populations animales
Birds in Britain, 1 in 1970 Amphibians worldwide,
1 in 1950
All species
Forest species
Farmland species
Populations of
vertebrates 1 in 1970
Forest habitats
Balmford et al. 2003
Trends Ecol. Evol.
Marine habitats
Freshwater habitats
Les taux d’extinction à travers l’histoire
p
?
 Environ 1,8 millions d’espèces connues et déposées dans les
Muséums, 1,5 terrestres, 0,3 marines,
 Très difficile estimation du nombre d’espèces qui, aujourd’hui
encore, nous accompagnent : fourchette entre 10 et 30 millions,
100 ?
 Rythme de descriptions actuel autour de 16 000 par an (dont 10
% marines),
 1 000 ans pour tout décrire ?
 Le rythme d’extinction naturel estimé pour les 100 millions
d’années écoulées est autour de 1/1 000/ 1 000 ans,
 Le rythme actuel est 1 000 fois plus élevé (Millennium
Ecosystem Assessment, 2005) : les 2/3 des espèces auront
disparu en 2 100 ?
Les questions
•
•
•
•
Pourquoi des modèles différents ?
Comment choisir un modèle ?
Que demande t-on à un modèle ?
Simplicité d’organisation, facilité d’accès, disponibilité
grande, caractéristiques particulières, indicateur de milieu,
indicateur de changement, indicateur de déséquilibre,
obligation de s’y intéresser pour des raisons médicales,
agronomiques ou économiques, fournisseur de molécules…
Les modèles favoris
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Saccharomyces cerevisiae, levure, genome en 1996, le 1er d’eucaryote, 6 300 gènes,
Caenorhabditis elegans, nématode hermaphrodite protandre, genome (1998) et KO,
différents vecteurs disponibles, C. briggsae,
Drosophila melanogaster, diptère, génome en 2000, 14 000 gènes, KO disponible
Arabidopsis thaliana en 2000, 27 000 gènes,
Homme génome en 2001, 13 années de travail, 35 000 gènes
Fugu, Takifugu rubripes, Tetraodon nigroviridis, terminé en 2002, le chien en 2003,
Souris, génome terminé, 1er draft en 2002, idem le rat surmulot
Ciona intestinalis en 2004 ,
Le riz en 2004,
Anopheles gambiae, moustique vecteur du paludisme,
L’abeille, la poule, le chimpanzé, en 2004
Nematostella vectensis, anémone de mer cnidaire, génome en 2005,
Ostreococcus tauri en 2006, 12,6 Mb
Danio rerio, le poisson zèbre, genome en avril 2006
Un oursin, Strongylocentrotus purpuratus en 2006
Amphioxus, Branchiostoma floridae en 2007
Et demain, l’huître creuse, Crassostrea gigas, une annélide, Platynereis dumerilii,
un tardigrade…
Génomes séquencés
2007
2009
Bactéries
543
718
Archébactéries
47
54
Eucaryotes
70
95
en cours
2206 et 854
3135 et 1007
total
660
867
« Plantes vertes » : 18 548 séquences, 16 348 taxons,
59 144 gènes
janvier 2009
Molécules d’intérêt pharmacologique
Environ 50 % des molécules actives aujourd’hui utilisées en pharmacie sont
extraites ou synthétisées à partir de produits naturels,
A partir des plantes terrestres, plusieurs Mds de US$/an, aspirine, quinine,
morphine, pénicilline, taxol, réserpine, vinblastine (100 M $/an uniquement à
partir de la pervenche rose de Madagascar),
Plus de 15 000 produits ont été isolés d ’organismes marins et certains sont
passés en utilisation courante : les gélifiants (, anticancer Ara-C (leucémie
myélocytique aigüe et lymphome non-Hodgkin), anti-viral Ara-A (herpès),
nucléosides isolés d ’éponges, bryostatine (de bryozoaire), antiviraux
bactériens (anti-HIV)... 30 % des substances ont été trouvées chez les
spongiaires
GFP de méduses, polymérases hyperthermostables…
Anti-cancer, antibiotics, antiviral, anti-fungi,
immunostimulators, - immunosuppressives, growth
factors, bone regenerators… molecular tools
On estime la probabilité de trouver des substances
intéressantes à partir du milieu marin 500 fois plus grande qu’à
partir d’organismes terrestres,
Ribose et arabinose d’éponge,
Ecteinascidine 743, alcaloïde anticancéreux, ascidie,
Analgésique non opioïde, le ziconotide (de cône),
Roscovitine, antitumoral, étoile de mer,
Squalamine, antitumoral et antibiotique, inhibition de
l’angiogenèse, requin, alkyrol de foie,
Discodermolide, immunosuppresseur, éponge…
Un choix politique et économique, question de la ressource.
Exceptionnelle chimiodiversité.
Boeuf & Kornpbrost, 2009
Production de sondes moléculaires
• Diverses neurotoxines,
tétrodotoxine, saxitoxine,
conotoxine, lophotoxine, acide
okadaïque (inhibition de
phosphatases), jaspamide,
swinholide A (liants de l ’actine
intracellulaire), adociasulfate 2
(inhibiteur de kinésine),
phycoérythrine (liée à un Ac en
cytométrie en flux), aequorine
(émet de la lumière en présence de
Ca2+), GFP (fluoresce dans les
tissus vivants), vent ADN
polymérase (hydrothermalisme)
Intérêt de la biologie comparative
• Dès 1865, C. Bernard «…il y a des
expériences qui seraient impossibles chez
certaines espèces animales et le choix
intelligent d ’un animal qui présente une
disposition heureuse est souvent la condition
essentielle du succès et de la solution d ’un
problème physiologique très important… »
• « Principe » d ’A. Krogh : « pour chaque
problème de physiologie, il y a un modèle
vivant idéal »
• En 1997, F. Jacob «…pour s ’attaquer à un
problème important, pour avoir une chance
raisonnable de lui trouver une solution, le
biologiste doit s ’adresser à un matériel
convenable...»
Eau et air


L’eau est un assez bon conducteur de la chaleur et
possède une capacité spécifique de chaleur beaucoup
plus grande que celle de l’air : le milieu est hautement «
tamponné » et les fluctuations nécessitent de grands
apports ou fuites de chaleur.
Au contraire, l’air est un isolant efficace et a une faible
capacité spécifique de chaleur, aussi de relativement
faibles radiations solaires peuvent considérablement
modifier la température.
Les fluides eau et air



L ’eau est 50 fois plus
visqueuse que l ’air
L ’eau est 850 fois plus dense
que l ’air
L ’énergie nécessaire au
« travail ventilatoire » est
nettement supérieure chez les
animaux aquatiques : contre 1
à 2 % du budget énergétique
total chez l ’humain, 5 à 30 %
chez les poissons, selon les
espèces et les situations.
Les extrêmes
Les records naturels enregistrés vont de -89,2 (en
Antarctique) à +80 °C (grands déserts) dans l’air et de
-1,86 à +350 °C en mer
 Le Vivant procaryotique peut couvrir une très large
gamme (-80,+120 ?) tandis que la « vie animale active »
est limitée à une gamme beaucoup plus étroite : maxi
>+50 pour certains insectes et reptiles en déserts, + 49
pour des ostracodes dans l’eau, 51 pour les poissons, 80
pour Alvinella ; vers le bas, température limite de
congélation de l’eau de mer, grands mammifères et
oiseaux jusqu’à -60°C.

Milieux très variables, Δ de plus de 100 °C en
Sibérie entre hiver et été à 0,2 en Océan Antarctique
Lopez- Garcia et al., 2002
Extreme resistance

Some animals survive in inactive states at
unfavourable temperatures. Over these
limits, in a more spectacular way, the
nematodes, tardigrades and insect eggs
can withstand freezing in liquid helium at
-269 °C!
Factor Salinity: aquatic organisms
response
Body
osmolarity
osmoconformers
1000
600
Hyperosmoregulators
200
osmoregulators
Hypoosmoregulators
0
200
600
Medium
osmolarity
1000 mOsm.l-1
Les milieux
• Milieu intérieur humain
•
•
•
•
•
osmolarité, 302 mOsm.l-1
100-105 mM de Cl138-142 mM de Na+
3-5 mM de K+
cellule rénale et fluide 3000
mOsm.l-1
• L’eau de mer au large
•
•
•
•
•
osmolarité, 1050 mOsm.l-1
560 mM de Cl450 mM de Na+
11 mM de K+
«extrême» : 2500 mOsm.l-1
1/3 EM = sérum physiologique
Composition selon les groupes
Méduse
Aurelia
Annélide
Arénicole
Mollusque
Anodonte
Mollusque
Aplysie
Crustacé
Ecrevisse
Crustacé
Homard
Insecte
Blatte
Habitat Osmolarité Na+
Mg2+ Ca2+
ClK+
mOsm.l-1
mMol-1 mMol-1 mMol-1 mMol-1 mMol-1
EM
1000
460
10
51
10
554
EM
1000
459
10
52
10
537
ED
40
16
0,5
0,2
8,5
12
EM
1000
492
10
49
13
543
ED
310
146
4
4
8
139
EM
1000
472
4
7
16
470
162
8
6
4
144
terrestre 325
Composition selon les groupes
Habitat
Osmolarité
mosM.l-1
Na+
mMol.l-1
K+
mMol.l-1
Mg2+
mM
Ca2+ ClmMol.l1
Cyclostome
Myxine
Cyclostome
Lamproie
Chondrichthyen
Roussette
Téléostéen
Poisson rouge
Téléostéen
Flét japonais
Amphibien
Grenouille
Reptile
Alligator
Oiseau
Canard
Mammifère
Humain
EM
1002
554
7
23
9
532
ED
248
120
3
2
2
96
EM
1075
269
4
1
3
ED
293
142
2
3
6
258
376 urée
107
EM
337
180
4
1
3
160
ED
210
92
3
2
2
70
ED
278
140
4
3
5
111
terrestre 294
138
3
2
2
103
terrestre 302
142
4
2
5
104
Le canal chlore, CFTR
• Cystic Fibrosis
Transmembrane
conductance
Regulator
• Protéine glycosylée de
1280 aa,
• Mutation fréquente en
 F 508 (16-20 % de
porteurs) pour la
mucoviscidose
Système immunitaire combinatoire
• Découverte chez des
élasmobranches de 4 à 500 M
d’années, d ’un système
immun (Litman, 1996) proche
de celui du fœtus humain
(IgM, Ac anti-microbiens
innés, R cellulaire T et
MHCs) : très intéressant dans
les cas de pathologies
autoimmunes, lupus, arthrite
rhumatoïde … Production de
squalamine, antimicrobien et
immunomodulateur.
La reconnaissance du soi et du non-soi
• Chez les tuniciers, reconnaissance du
« partenaire » : bases de la compatibilité
tissulaire et cellulaire, application en
matière de greffes, cellules spécialisées et
molécules d’auto-reconnaissance.
Hermaphrodites : pas d ’autofécondation,
molécule de reconnaissance du soi sur les
cellules (hémocytes/spermatozoïdes),
application dans la transmission du HIV
(Scofield, 1997).
Mucoviscidose/CFTR
• Mutation F-508 sur le gène
CFTR responsable de 80% des cas
de mucoviscidose, héréditaire
autosomale, désordres dans les
flux d’eau et d ’ions dans les
cellules pulmonaires/analogie avec
la branchie des téléostéens
• Clonage et séquençage de 2 CFTR
chez le saumon atlantique
• Utilisation de l’évolution des
séquences en phylogénie et
relations génotype/phénotype de la
pathologie
Chen et al., Molec. Biol. Evolution, 2001
Perle et régénération osseuse
• Expérimentation in vivo (fémur
de mouton, Lopez et al. 2002)
Image en lumière polarisée : interface nacre/os
IDENTIFICATION OF THE NICOTINIC RECEPTOR
From electric organ to human brain
ACETYLCHOLINE IN THE BRAIN
ACh
ACh
channel
electric organ + snake toxin
lead to succesful isolation of
nicotinic acetylcholine receptor
fish electric organ
Nachmansohn 1936
26 tubes, 50
an allosteric membrane protein
with distinct domains for Ach site & ion
channel
JP Changeux, 2007
NICOTINE
increases arousal & attention
causes EEG desynchronisation
higher amounts of REM sleep
NICOTINIC RECEPTORS
congenital myasthenia
nocturnal frontal lobe epilepsy
sudden infant death syndrome
La défense immunitaire primitive
• En 1882, Elie Metchnikoff, en
utilisant des larves d’étoiles de
mer, avait fait une observation
très intéressante sur
l’universalité d’un mécanisme
qu’il dénommera phagocytose.
Il jetait les bases de la défense
immune non-spécifique et
soulignait l’importance de ce
mécanisme comme la plus
ancienne stratégie de
l’immunité. Il ouvrait la voie à
des recherches en immunologie
cellulaire et comparée qui
seront déterminantes pour la
compréhension de la réaction à
l’infection chez l’homme.
PN, 1908
• La même année, Otto von Warburg démontrait l’augmentation de la
consommation d’oxygène consécutive à la fécondation d’un ovocyte
d’oursin : les échinodermes, groupe marin exclusif très ancien (ils sont
présents déjà bien différenciés lors de l’explosion de vie cambrienne,
datée à 550 MA), émettent des quantités gigantesques (millions à
milliards) de gamètes conduisant après fécondation in vitro à des
embryons tous synchronisés, transparents et aptes à la micro-injection.
Le zygote d’oursin servira également à l’élucidation
des vagues calciques post-fécondation, dépendantes de
messagers chimiques intracellulaires interdisant la
polyspermie (Lee, 1997) et des variations du Ca2+
intracellulaire post-fécondation nécessaires au
déclenchement du développement du zygote.
PN, 1931
La post-fécondation
Découverte du choc anaphylactique
• Paul Portier et Charles Richet, embarqués
sur le navire océanographique du Prince
Albert 1er de Monaco en 1901
expérimentaient sur la toxicité des venins
secrétés par les filaments pêcheurs de
grandes méduses physalies océaniques.
Ils mirent en évidence la survenue de la
mort rapide de chiens après une seconde
injection (au moins 15 jours d’intervalle)
de doses non létales. Ils découvraient
ainsi la réaction immunitaire exacerbée,
le choc anaphylactique.
PN, 1913
La transmission de l’influx nerveux
•
Ils eurent l’idée géniale d’utiliser un axone de calmar, environ 1 000 fois plus large
en section que celui des mammifères, ce qui leur permit, à une époque où la
microscopie électronique et les moyens informatiques n’existaient pas, l’utilisation
de leurs électrodes de verre. Ils mirent en évidence les mouvements d’ions de part et
d’autre de la membrane plasmique du neurone et ont proposé un modèle
mathématique toujours d’actualité permettant la compréhension du fonctionnement
de la cellule nerveuse. Ils parvinrent à analyser les propriétés de conductance de
plusieurs canaux fonctionnant en même temps et démontraient comment un influx
d’ions Na+ dépolarise la membrane de manière transitoire et comment un efflux de
K+ la repolarise.
A L Hodgkin and A F Huxley
PN, 1963
Bases moléculaires de la mémoire
•
Le centre nerveux de l’aplysie le
plus développé ne regroupe pas plus
de 20 000 neurones. Ceux-ci sont de
grande taille et reconnaissables
individuellement et les animaux
avaient été entraînés à mémoriser
certains comportements. Il
démontrera que le passage d’une
mémorisation de quelques minutes à
une autre de quelques jours à
quelques semaines est conditionné
par l’établissement de nouvelles
connexions synaptiques, ellesmêmes liées à des activations ou des
répressions de protéines spécifiques
(CREB 1 et 2) sous le contrôle de
protéines-kinases AMPcdépendantes. Ces travaux sont
fondamentaux pour des applications
ciblées vers les troubles de la
neurodégénérescence.
PN, 2000
Tout correspond en
fait à une succession
de synthèses et de
destructions de
cyclines chez toutes
les cellules
eucaryotes, de la
levure à l ’humain :
dans les cancers, des
mutations modifient la
fonction des cyclines
ou de protéines qui
régulent ou sont
régulées par les
cyclines.
Régulation de la cycline B
La molécule-clé du cancer
PN, 2001
• Tim Hunt et ses collaborateurs
identifieront chez l’étoile de mer une
protéine essentielle dans le contrôle de la
régulation du cycle cellulaire, la cycline B,
synthétisée et détruite régulièrement lors
de chaque cycle de division de la cellule.
Associée à la kinase Cdc2, découverte
chez la levure par Nurse et al. (1976), elle
forme un dimère (Lee & Nurse, 1987) qui
constitue le fameux MPF (Meiosis
promoting factor devenu ensuite M-phase
promoting factor). Ce fut la purification à
partir d’ovocytes d’étoile de mer de ce
facteur universel qui apporta la preuve de
la composition de l’hétérodimère. MPF est
actif dans toute cellule en phase M, son
inactivation en anaphase nécessite des
protéolyses et sa réactivation des synthèses
protéiques.
Avec L Hartwell et P Nurse
La GFP
PN 2008
Avec M Chalfie et R Tsien
La protéine verte fluorescente de méduse est
découverte par un chercheur japonais dans les
années 60, ensuite utilisée chez C.elegans puis
finement étudiée chimiquement : elle
fluoresce dans le vert sous l’action des UV.
Ostreococcus story
• Ostreococcus tauri, the smallest free eukaryotic cell known (0,8-1,1
µ), planktonic Prasinophycea discovered in Thau lagoon in 1994, in
using fluxes cytometry (Courties et al. 1994)
• Very small genome (12.6 megabases), end of the total sequencing
and annotation in Montpellier, 20 chromosomes (PNAS, July 2006)
• Ultra-simple organisation: 1 nucleus, 1 plastid, 1 mitochondria, 1
Golgi, 1 nuclear pore,
• Bacteria and viruses, symbiosis or parasitism (Moreau et al., 2001)
Pourquoi protéger la diversité biologique ?
Valeur économique de la diversité biologique, biotechnologies, ressources
agrosylvopastorales, cosmétiques et pharmacie, modèles…
Rôle fondamental dans les grands équilibres de la biosphère, biogéochimie,
La biodiversité augmente la productivité : comment tournera le système avec moins
d’espèces ?
Frein aux proliférations… Plus un écosystème a trouvé un équilibre avec une grande
biodiversité et mieux il interdit les invasions : la seule lutte contre les plantes
invasives, >400 Md de $ pour le monde
Gestion raisonnée des ressources pour un « développement durable », pêches et
aquaculture ; écotourisme bien géré,
Perception éthique de la nature (« Pourquoi sauver l’éléphant d’Afrique ? »)
Conserver in situ ou ex situ ? Conservation des espèces ou des écosystèmes ?
Diversité biologique et santé
•
Relations hôtes-parasites, onchocercose humaine (typage moléculaire très précis
pour reconnaître les souches et les espèces des simulies. Paludisme (5 anophèles, 6
sp jumelles pour gambiae, 9 sp « secondaires »),
• Pathologies émergentes, SIDA, SRAS, Ebola, fièvre de Lassa, chikungunya, grippe
aviaire, Hanta, dengue, fièvre jaune, Lyme (tique et daim), Lassa, vallée du Rift,
hépatite C, Creutzfeldt Jacob « nouveau »… pathogènes antérieurs mais avec des
hôtes ou une morbidité différents,
• Echanges intercontinentaux, en 1520 la variole a tué 3,5 M d’indiens en 2 ans,
dengue, encéphalites et fièvre jaune à partir de moustiques africains, A. gambiae au
Brésil entre 30 et 40, A. albopictus du Japon aux USA en 1985…
• Dissémination de Listeria, Legionella, Salmonella, E.coli O157,
• Épisodes d’allergie… le cas de l’espèce introduite d’Argentine, l’ambroisie,
Ambrosia artemisiifolia produisant un allergisant redoutable (jusqu’à 100 grains au
m3 d’air !) en France (vallée du Rhône).
• Infections nocosomiales, de la péniciline en 1946 au zyvox en 1999 pour le
staphyloccoque doré (30 Md US$/an)
Quelques exemples…
Pour l’homme, peste noire, paludisme, grippe aviaire
maladie de West Nile…
pour les animaux, varroa de l’abeille…
pour les plantes cultivées, mildiou et oïdium de la vigne, rouille
du soja, doryphore de la pomme de terre…
Interactions modifications environnementales / émergence ou
ré-emergence de pathologies infectieuses… ex. fragmentation
des populations de rat et peste noire, infections nosocomiales,
Question de l’exposition du système immunitaire : une
exposition trop réduite peut-elle avoir plus de conséquences
négatives que positives ? Question des allergies.
Les changements d’hôtes
Grandes différences entre milieux tempérés et tropicaux (animaux
domestiques et singes),
5 grandes phases :
1) pathogène présent chez l’animal mais jamais trouvé « naturellement »
chez l’homme ( beaucoup de Plasmodium…très spécifiques),
2) pathogène présent chez l’animal, transmis à l’homme, mais pas entre
hommes, anthrax, Nipah, rabies, West Nile virus…
3) pathogènes d’animaux qui ne font que un ou quelques cycles chez
l’homme, Ebola, monkeypox et Marburg virus,
4) pathogène animal transmis à l’homme et infectieux entre hommes, fièvre
jaune, dengue, grippe, typhus, Chagas, choléra…
5) pathogène uniquement aujourd’hui se transmettant d’homme à homme,
mais venu du singe ancestralement, divergence vers 5 MA ou plus
récemment (HIV, syphilis, varicelle, rubéole, paludisme à P. falciparum…).
Wolfe et al., Nature 2007
L'évaluation met l'accent sur les services d'origine
écosystémiques qui bénéficient à l'homme. Ceux-ci
comprennent :
• des services de prélèvement tel la nourriture, l'eau, le bois
de construction ou de feu, les fibres;
• des services de régulation qui contrôlent le climat, les
inondations, les déchets, la qualité de l'eau, certaines
maladies....;
• des services culturels qui procurent des bénéfices
récréatifs, esthétiques, spirituels ...;
• des services d'auto-entretien tel que la formation des sols,
la photosynthèse, les grands cycles biogéochimiques ....
Bombus
hortorum
Bombus
terrestris
Le développement durable l’estil encore pour longtemps ?
« Un développement qui satisfait les besoins de la génération présente en
préservant pour les générations futures la possibilité de satisfaire les leurs »,
Mme G. Harlem Bruntland, World Commission for Environment and
Development, 1987,
« Bien que 30 ans se soient écoulés depuis la signature de la Charte des
Nations Unies, point de départ tendant à établir un nouvel ordre
international, l’humanité se trouve aujourd’hui face à un choix critique.
L’espoir de donner une vie meilleure à la famille humaine tout entière a été
largement déçu. Au contraire il y a plus d’affamés, de malades, de sans-abri
et d’analphabètes que lors de la créations des NU »
Déclaration de Cocoyoc, 1974
9 milliards d’humains en 2040 ?
Abandonner la conception de la conservation de la nature à l’écart des hommes…L’homme
n’est pas extérieur à la Nature, il en fait partie !
Analyse de « l’empreinte écologique »,
L’écologie visitée à travers les modèles de l’économie (Costanza et al., Nature, 1997) 33
trillions de $, contre 18 pour la somme des PIB de la planète : les rapports consentis
coût/bénéfice passent de 1 à 100 entre la « stratégie écologique » et celle d’« exploitation
intensive ».
40% de l’économie mondiale reposent sur les produits biologiques et les processus
écologiques : comment négliger cela ?
Conférence de Johannesburg en 2002, « freiner l’érosion de la biodiversité pour 2010 » !
Protocole de Kyoto, ramener les émissions de CO2 en 2010 à celles de 1990.
Economie et écologie : la réconciliation ?
Et surtout, mieux partager les ressources !
continuer dans un monde où 20 % contrôlent
80 % des ressources ?
Appel du 20 juillet 2006 dans Nature
Appel de Paris le 3 février 2007, ONUE
Grenelle de l’environnement, octobre 2007
Grenelle de la mer, juin 2009
Enjeux économiques
Capital physique
Roches, eau
Calculer le coût de l’inaction :
-l’effondrement des pêches,
100 Md €, 57 M d’emplois
-de la pollinisation, 150 Md €
café, cacao, fruits, légumes…
-risques sanitaires…Chagas,
paludisme, Lyme,
leishmaniose…
Services écologiques
Capital biologique
Capital humain
-travail
- investissements
« Il conviendrait de rémunérer ces différents capitaux au prorata de leur contribution
à la production de services écosystémiques », Chevassus et al., 2009
En guise de conclusion…
•
•
•
•
•
Des cadeaux de la biodiversité à l’humanité !
Diverses molécules indispensables en pharmacologie
Des modèles pertinents et originaux, souvent déterminants,
Et le rythme de la disparition des espèces s’accélère si vite !
Décrire des espèces pour les voir irrémédiablement
disparaître ?
• « …je ne sais pas trop quel conseil je pourrais donner aux
chercheurs qui tenteront en 2050 de créer de nouveaux
produits médicamenteux à partir d’espèces disparues… » J
Langford, Ottawa, 2003.
Conférence de Paris pour une gouvernance écologique mondiale
1. Lutter contre le dérèglement climatique
2. Agir ensemble pour sauvegarder la biodiversité
3. Combattre les pollutions et préserver la santé
2–3
février
2007
4. Faire de l’eau un enjeu partagé
Appel de Paris
pour une ONUE
5. Inventer la croissance écologique: le
changement des mentalités, des modes de
production et de consommation
6. Renforcer la gouvernance internationale de
l’environnement
Quelques références…
Barbault, R. 2006. Un éléphant dans un jeu de quilles. L’homme dans la biodiversité. Seuil,
Science ouverte, 266 pages.
Benton, M.J. and Twitchett, R.J. 2003. How to kill (almost) all life: the end-Permian extinction
event. Trends in Ecology and Evolution, 18 (7), 358-365.
Blondel, J. 2005. Biodiversité et sciences de la nature. Les biodiversités, objets, théories,
pratiques. CNRS Editions, 23-36.
Boeuf,G. 2008. Quel avenir pour la biodiversité ? Dans « Un monde meilleur pour tous », sous
la direction de J.P. Changeux et J. Reisse, Collège de France/Odile Jacob, éditeurs, pp. 46-98
CSPNB. 2007. La biodiversité à travers des exemples. MEDD/D4E, 104 pages.
CSPNB. 2009. La biodiversité à travers des exemples, les réseaux de la vie. MEEDDAT, 196 p.
Lévêque, C. et Mounolou, J.C. 2001. Biodiversité. Dynamique biologique et conservation.
Dunod, 248 pages.
Myers, N. et al. 2000. Biodiversity hotspots for conservation priorities. Nature, 403, 853-858.
Palumbi, S.R. 2001. Humans as the world’s greatest evolutionary force. Science, 293, 17861790.
Pauly, D. et al. 2002. Towards sustainability in world fisheries. Nature, 418, 689-695.
Raven, P.H. 2002. Science, sustainability and the human prospect. Science, 297, 954-958.
Roberts, R.G. et al. 2001. New ages for the last Australian megafauna: continent-wide
extinction about 40 000 years ago. Science, 292, 1888-1892.
Thomas, C.D. et al. 2004. Extinction risk from climate change. Nature, 427, 145-148.
Vitousek, P.M. et al., 1997. Human domination of Earth’s ecosystems. Science, 277, 494-499.
Wolfe, N.D., Dunavan, C.P. and Diamond, J. 2007. Origins of major human infectious diseases.
Nature, 447, 279-283.