Les Dents Peuvent Révéler Le Secret De L'horloge Biologique De Plusieurs Jours - Vue Alternative

Table des matières:

Les Dents Peuvent Révéler Le Secret De L'horloge Biologique De Plusieurs Jours - Vue Alternative
Les Dents Peuvent Révéler Le Secret De L'horloge Biologique De Plusieurs Jours - Vue Alternative

Vidéo: Les Dents Peuvent Révéler Le Secret De L'horloge Biologique De Plusieurs Jours - Vue Alternative

Vidéo: Les Dents Peuvent Révéler Le Secret De L'horloge Biologique De Plusieurs Jours - Vue Alternative
Vidéo: Comment l'horloge biologique fonctionne-t-elle ? - C'est pas sorcier 2024, Mars
Anonim

De minuscules lignes sur l'émail des dents révèlent un rythme biologique jusqu'alors inconnu. Si les données sont confirmées, cette découverte aidera les chercheurs à comprendre pourquoi les gros animaux grandissent plus lentement et vivent plus longtemps que les plus petits.

Un été l'année dernière, Timothy Bromage, un paléontologue à l'Université de New York, mâchait une côtelette d'agneau pendant ses vacances à Chypre. Soudain, il entendit un craquement. Lorsque le son fut suivi d'une vive douleur, il réalisa qu'il s'était cassé une dent.

À son retour à New York, son dentiste lui a dit qu'il allait devoir endurer trois mois d'agonie s'il voulait se faire restaurer une dent. "Ou donnez-moi juste cinq minutes," dit le médecin, "et je vais le retirer tout de suite."

Bromage a préféré la suppression. Ainsi, il a pu faire une fine incision de la dent, ce qu'il avait voulu faire depuis plusieurs années, afin de mesurer un nouveau type de biorythme, qu'il a étudié dans les dents permanentes de mammifères. Ce n'est pas un biorythme circadien bien étudié, mais un biorythme plus long, différent d'une espèce à l'autre, d'une durée de deux jours à deux semaines. Bromage pense que ce rythme peut définir le taux de croissance des animaux et leur durée de vie.

Chez le rat, le biorythme dure un jour; chez les macaques - quatre, chez les moutons - cinq, chez les humains - de six à 12 jours. Bromage a confirmé cette relation chez des dizaines d'autres mammifères vivants et éteints, y compris les éléphants d'Asie, qui ont un biorythme qui dure 14 jours. (Il y a des exceptions: par exemple, les chiens ne montrent pas cette relation.)

En général, le rythme plus lent chez les grandes espèces de mammifères est justifié: les grands animaux grandissent plus lentement que les petits animaux, passant de plus longues périodes. Bromage estime que le rythme des dents et des os reflète un signal de croissance qui stimule le taux de division cellulaire, dont les cellules du corps reçoivent ce signal à intervalles réguliers. Plus ces signaux sont reçus souvent, plus l'animal grandit rapidement.

L'intervalle rythmique augmente non seulement avec le poids corporel, mais Bromage a constaté qu'il augmentait avec d'autres caractéristiques qui augmentent avec le poids corporel, par exemple, l'espérance de vie, la durée de la lactation, le taux métabolique, la durée du cycle œstral et même la taille des reins. Cela suggère qu'en mesurant le taux de croissance d'une seule dent, même s'il s'agit d'un animal éteint, il sera possible de déterminer non seulement la taille de son corps, mais également plusieurs de ses autres caractéristiques.

«Donnez-moi n'importe quelle dent, n'importe quelle dent de primate permanente - jetez-la-moi, ne me dites pas de quel primate il s'agit - et je reconstituerai la taille de ses reins, sa durée de vie, toutes ces caractéristiques», dit Bromage. «C’est incroyable quelle fenêtre d’opportunité ce matériau ouvre pour trouver la clé de la vie.»

Vidéo promotionelle:

Après avoir reçu le prestigieux prix Max Planck Science avec un collègue en 2010, Bromage a dépensé 750 000 € en recherche pour déterminer si les échantillons de sang animal reflètent les mêmes rythmes que les dents. La recherche était coûteuse et longue, également parce que les souris et les rats (les bêtes de somme bon marché de la biologie) n'ont pas un rythme de plusieurs jours et ne peuvent pas être utilisés comme sujets expérimentaux.

Les résultats de ses recherches, publiés en 2016, ne sont pas encore suffisamment solides pour devenir une découverte. De nombreux chronobiologistes sont sceptiques à leur sujet.

Mais "Et s'il a raison après tout?", Demande Robin Bernstein, un biologiste anthropologue à l'Université du Colorado à Boulder qui a étudié l'évolution de la taille du corps et étudie maintenant la croissance des humains et des primates non humains. «À mon avis, il fait partie de ces personnes qui sont en avance sur son temps», dit-elle. "Il n’y a peut-être rien de spécial ici, mais c’est original, vraiment intéressant, et je pense que beaucoup pourrait être fait à ce sujet."

Connexions dentaires

Bromage s'est intéressé aux dents lorsqu'il était étudiant diplômé au milieu des années 1980. À l'époque, les scientifiques savaient que tout comme les arbres forment des anneaux annuels, des stries de croissance quotidiennes se forment sur l'émail des dents. Dans les années 1930 et 1940, des scientifiques japonais les ont découverts sur les dents de chiens, de rats, de porcs et de macaques.

Les mammifères ont également des rayures proéminentes appelées rayures Retzius. Chez les premiers hominidés étudiés à l'époque par Bromage, sept bandes quotidiennes séparaient chaque lignée Retzius. Personne ne savait comment ni pourquoi elles se formaient, mais Bromage a pu les utiliser comme marqueur pour montrer que les premières molaires permanentes sont apparues chez les premiers hominidés vers l'âge de trois ans, comme les chimpanzés, bien plus tôt que les humains modernes. Cela signifiait que les premiers hominidés n'étaient pas seulement des versions miniatures des humains modernes, comme on le croyait alors, mais étaient plus proches des singes.

En 1991, Bromage a confirmé que les lignées de Retzius chez les macaques n'étaient séparées que par quatre lignées de croissance quotidiennes, contre sept qu'il a observées chez les premiers hominidés. Puis en 2000, il s'est rendu compte que les os ont également un modèle de croissance périodique. Il a découvert que des rayures, appelées lamelles, se formaient sur les os de rats en une seule journée. Comment cela pourrait-il être possible si les os humains poussent beaucoup plus lentement que les os de rat?

«Ça ne m'est pas sorti de la tête depuis des années», dit Bromage. Et puis un jour de 2008, il a lu dans un mémoire de l'un de ses étudiants que les lamelles dans les os des macaques se forment en quatre jours, c'est-à-dire de la même manière que les lignes de Retzius, qu'il a trouvées dans les dents de macaques en 1991. «Ce souvenir de 1991 m'est venu à l'esprit dès la seconde où j'ai vu le numéro quatre», se souvient-il. Serait-il possible, se demandait-il, que les mammifères aient les mêmes périodes de croissance des dents et des os? Si tel est le cas, les lamelles chez l'homme devraient également se former en sept jours, ce qui est beaucoup plus long que chez le rat, ce qui ne prend qu'un jour pour le faire.

Bromage a appelé cette idée «un tout nouveau paradigme». Jusque-là, on croyait qu'il n'y avait aucun lien entre la croissance des dents et des os; les os n'ont jamais été considérés comme des tissus qui se développent par étapes graduelles et mesurables, comme les dents et les arbres. Tout lien possible entre le taux de développement des dents et des os était si fondamental que je ne pouvais rien dire à personne pendant une semaine », explique Bromage, même à sa femme. Il a vérifié la structure histologique des os et des dents dans son laboratoire et a constaté que les rythmes de croissance des dents et des os coïncidaient chez les macaques, les moutons et les humains.

Le rythme du cerveau

Si les rythmes observés par Bromage dans les bandes de croissance des dents et des os des mammifères étaient une réponse à un signal de croissance, d'où pourrait provenir ce signal? Bromage pense que sa source est la même partie du cerveau qui, comme on le sait déjà, définit le biorythme circadien, c'est-à-dire l'hypothalamus. Après tout, la longueur des biorythmes qu'il a étudiés est toujours un multiple d'une journée entière, et l'horloge biologique, comme cela a déjà été établi, affecte le taux de division cellulaire. L'hypothalamus est capable de remplir cette fonction, alors «pourquoi inventer un autre instrument complètement nouveau?» - une question s'est posée en lui. Quelque chose, peut-être une substance qui s'accumule dans l'hypothalamus, peut faire varier l'horloge biologique dans un cycle de plusieurs jours. Quelle que soit la partie du cerveau qui en est responsable, «c'est juste pour compter», dit Bromage.

L'hypothalamus fait également un autre travail: il régule la glande pituitaire, une glande pituitaire productrice d'hormones, dont l'avant régule la taille du corps et dont l'arrière régule la durée du cycle œstral. Peut-être pas par coïncidence, ce sont les deux seules caractéristiques physiologiques découvertes par Bromage qui sont directement corrélées à la durée du nouveau biorythme.

Bromage a commencé à tester sa théorie. Si le signal généré dans le cerveau régule le taux de croissance, a spéculé Bromage, alors le sang doit porter des traces de ce signal.

Bromage a passé deux semaines à collecter six millilitres d'échantillons de sang de porcs. Puis il a remis 1700 échantillons prélevés sur 33 porcs à un laboratoire indépendant pour identifier 995 métabolites différents, substances biochimiques produites par l'organisme.

Après avoir dépensé 300 mille dollars, il a reçu la réponse: sur les 159 métabolites les plus concentrés ayant une fonction biologique spécifique, 108 reflétaient le rythme circadien. Le rythme suivant le plus fréquent était le même rythme de cinq jours que Bromage identifié dans les dents et les os des porcs. Seuls 55 métabolites sur 159 sont passés par ce cycle et ce n'est que sur 20 que le cycle a coïncidé avec d'autres rythmes.

À sa grande surprise, Bromage a identifié deux cycles de cinq jours à trois jours d'intervalle. Le premier contenait des métabolites associés à la croissance, et le second - des métabolites formés lors de la dégradation des molécules biologiques. Cela avait du sens: lorsque la croissance est terminée, les métabolites doivent subir une dégradation afin de devenir disponibles pour le traitement lors du prochain cycle de croissance. Quel système superbement conçu, pensa Bromage, je ne l'aurais jamais cru si je ne l'avais pas vu de mes propres yeux!

Il a baptisé le nouveau biorythme "Havers-Halberg Oscillations". Le nom est donné en l'honneur de Clopton Havers, qui, à la fin du XVIIe siècle, décrivit pour la première fois les lamelles osseuses et ce qui deviendra plus tard connu sous le nom de rayures Retzius; et Franz Halberg, chronobiologiste décédé en 2013 à l'âge de 93 ans.

Le problème du porc

Avec le recul, nous nous rendons compte que nommer le rythme après Halberg n'était pas la décision la plus intelligente.

Les chronobiologistes sont devenus extrêmement sceptiques quant à la découverte des biorythmes de plusieurs jours, déclare Roberto Refinetti, physiologiste à l'Université de Boise et auteur d'un manuel sur la physiologie circadienne. Et nous devons beaucoup à Halberg pour cela. Il a introduit le concept même de «circadien». Cependant, à l'avenir, il a annoncé la découverte de rythmes plus longs, sans présenter de preuves substantielles. "Il était vraiment, comme il aimait le dire, un homme à l'esprit large", a déclaré Refinetti. "Certains pensaient qu'il était même hors limites."

Refinetti lui-même a essayé (et échoué) d'identifier un rythme hebdomadaire de la pression artérielle et de la concentration d'acide lactique chez les chevaux. Il pense que le rythme de cinq jours de Bromage chez les porcs peut être le résultat d'une semaine de travail humaine, une invention sociale relativement nouvelle. De plus, dit-il, rien dans l'environnement n'aurait pu être une condition préalable au développement d'un rythme hebdomadaire sur des millions d'années. Comparez cela avec le rythme circadien, qui est évidemment apparu en réaction au changement de jour et de nuit.

Bromage a répondu que les rythmes qu'il avait identifiés ne pouvaient probablement pas être causés par la semaine de travail, car les porcs étaient maintenus dans des conditions constantes tout le temps. De plus, si la théorie de Bromage est correcte, alors ces rythmes n'auraient pas besoin d'un signal externe de plusieurs jours pour se développer, car ils sont basés sur des heures quotidiennes qui peuvent être comptées. Refinetti, a-t-il ajouté, n'a probablement pas mesuré le rythme hebdomadaire chez les chevaux parce qu'il n'a pas mesuré l'ensemble du complexe associé à la croissance.

En termes de critique des données de Halberg, Bromage a déclaré qu'il avait donné son nom au rythme parce qu'il "défendait les rythmes à long terme alors que personne d'autre sur terre n'y pensait". Mais cela, dit Bromage, ne veut pas dire «Je suis d'accord avec toutes ses déclarations».

Il est peut-être plus difficile d'argumenter avec les statistiques d'après les données de Bromage. En raison du coût et de la complexité, l'expérience a dû être menée dans un délai plus court que ce que Bromage avait espéré. Comme il y avait trop peu de cycles, il ne pouvait pas vérifier statistiquement objectivement les rythmes. Au lieu de cela, la situation l'a incité à adopter un rythme de cinq jours, puis à vérifier si cette hypothèse était statistiquement pertinente. Si vous prétendez un cycle de cinq jours, vous devez mesurer de nombreux cycles pour avoir une base statistique, explique Andrew Liu, chronobiologiste à l'Université de Memphis.

Bromage a convenu que l'expérience avait ses propres défauts. «Nous l'avons vraiment accéléré», dit-il. Il serait difficile de mesurer le sang des porcs sur une période plus longue: les animaux sont devenus plus stressés et à la fin de l'étude, ils ont commencé à développer des infections. «C'était une expérience totalement nouvelle pour tout le monde, donc ce n'était pas parfait et nous avons beaucoup appris», dit Bromage.

Pour obtenir des données plus précises, il prévoit d'inclure plus de cycles dans sa prochaine étude, au cours de laquelle il mesurera le sang chez des singes rhésus (ils ont un rythme de quatre jours) pendant un mois. Les macaques sont habitués aux prélèvements sanguins, a-t-il ajouté, ce qui signifie que les scientifiques prélèveront des échantillons de sang sur des animaux qui ne connaissent pas de problèmes liés au stress comme les porcs.

Bromage a noté que malgré cela, il a identifié un rythme de cinq jours dans un autre type de molécules circulant dans le sang des porcs: les petits ARN, et la plupart de ceux avec un cycle de cinq jours ont également une fonction biologique liée à la croissance. Il ne pense pas que cette découverte soit une coïncidence. «La chance que cela se produise est astronomiquement faible», dit-il.

Rat âgé de deux jours

Les tests sanguins ne sont pas le seul moyen pour les scientifiques de suivre les biorythmes. Liu, de l'Université de Memphis, dit que s'il avait l'argent, il serait intéressé à déterminer le rythme de plusieurs jours chez un gros animal en utilisant le gène du reporter quotidien. Ces gènes sont déclenchés par le rythme circadien et produisent une molécule que les biologistes peuvent mesurer avec une grande précision en temps réel. L'association d'un tel gène avec l'hypothalamus de l'animal peut révéler que le rythme circadien varie d'une manière ou d'une autre au cours du programme de plusieurs jours », explique Liu. «C'est faisable», dit-il, «et très intéressant».

Cependant, même si le rythme des métabolites est confirmé, selon Liu et d'autres scientifiques, cela ne signifie pas qu'il est responsable de la taille du corps. Au contraire, cela peut simplement refléter des taux de croissance différents chez des animaux de différentes tailles. Comme l'a expliqué Liu, «ce n'est pas nécessairement parce que vous marquez quelque chose dans le sang qui a des rythmes que cela signifie», c'est la raison.

Bromage était d'accord. "Ce n'est qu'une hypothèse", a-t-il dit. "Elle peut être testée expérimentalement." Pour ce faire, il souhaite soumettre les cellules cultivées, en se divisant une fois par jour, à des facteurs biologiques qui pourraient transformer le rythme circadien en un rythme de plusieurs jours. Une fois que cela fonctionne, dit-il, les scientifiques verront s'ils peuvent transformer un «rat entier en un animal de deux jours».

Andreas von Bubnoff

Recommandé: