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L'ŒUVRE Musée de la Création

Aile VIII — Galerie 30

Plantes et micro-organismes

Matthieu 6:28-29

9 merveilles illustrées, chacune avec sa reconstitution numérique et ses références scientifiques. Leur vérification détaillée se poursuit.

Choisir parmi les huit galeries

La lumière qui sépare l’eau

La lumière qui sépare l’eau — reconstitution numérique
Reconstitution numérique — photosynthèse — photosystème II

La merveille

Dans les feuilles, les photosystèmes captent la lumière et alimentent la fabrication de molécules énergétiques. Le photosystème II joue un rôle particulier : il extrait des électrons de l’eau et libère du dioxygène.

Comment ça marche

Dans les membranes des chloroplastes, un ensemble de protéines, de pigments et de cofacteurs organise les transferts d’électrons. Au centre catalytique, un groupe contenant quatre atomes de manganèse et un de calcium intervient dans l’oxydation de l’eau. Sa structure a été résolue à haute résolution par Umena et ses collègues.

  • 1,9 Å résolution de la structure publiée en 2011
  • 4 atomes de manganèse dans le groupe catalytique
  • 1 atome de calcium dans ce groupe
  • 1 300+ molécules d’eau identifiées par monomère dans la structure

Ce que l'homme en tire

La photosynthèse inspire des travaux sur la production de carburants solaires et l’oxydation de l’eau. Ces systèmes artificiels restent distincts de la photosynthèse complète des plantes.

Statut : RECHERCHE

Le saviez-vous ?

D’où vient le dioxygène libéré par la photosynthèse ?

Il provient de l’eau scindée au niveau du photosystème II.

Question honnête

Une structure cristallographique renseigne sur l’organisation du complexe, mais ne filme pas à elle seule chaque étape de sa réaction.

Réflexion

Matthieu 6:28-29

La lumière rend possible une suite de transformations dans une feuille.

Sources

  • Umena Y., Kawakami K., Shen J.-R., Kamiya N. (2011), « Crystal structure of oxygen-evolving photosystem II at a resolution of 1.9 Å », Nature — DOI 10.1038/nature09913

Voir aussi

Une réserve réglée pour la nuit Un bleu sans pigment bleu Le moteur rotatif des bactéries

Le fruit qui amortit sa chute

Le fruit qui amortit sa chute — reconstitution numérique
Reconstitution numérique — pomelo

La merveille

Le pomélo Citrus maxima possède une épaisse enveloppe blanche à structure spongieuse. Lors d’un choc, cette couche peut se comprimer et absorber une partie de l’énergie, protégeant le fruit.

Comment ça marche

Thielen et ses collègues ont comprimé des échantillons de peau et étudié leur déformation. Sa structure poreuse n’est pas uniforme : les cellules et espaces changent à travers l’épaisseur. La compaction et les pertes mécaniques contribuent à l’amortissement.

  • 15 m hauteur à laquelle des fruits peuvent se développer dans l’arbre
  • 2 013 année des essais de compression de la peau
  • 3 auteurs de l’étude sur la compaction

Ce que l'homme en tire

Des mousses et composites expérimentaux s’inspirent de cette structure graduée pour absorber les impacts. Les performances dépendent du matériau, de la géométrie et du choc.

Statut : PROTOTYPE

Le saviez-vous ?

La peau rebondit-elle comme un ressort idéal ?

Non : une partie de l’énergie est dissipée et la déformation peut ne pas être entièrement récupérée.

Question honnête

Une hauteur de croissance allant jusqu’à 15 mètres ne garantit pas qu’un fruit survive intact à toute chute de cette hauteur.

Réflexion

Matthieu 6:28-29

Une enveloppe légère peut protéger en se déformant.

Sources

  • Thielen, M., Speck, T. & Seidel, R. (2013), « Viscoelasticity and compaction behaviour of the foam-like pomelo (Citrus maxima) peel », J. Mater. Sci. 48:3469-3478 — DOI 10.1007/s10853-013-7137-8

Voir aussi

La forteresse qui marche La feuille qui se nettoie sous la pluie Le parachute ajouré du pissenlit

Le parachute ajouré du pissenlit

Le parachute ajouré du pissenlit — reconstitution numérique
Reconstitution numérique — pissenlit

La merveille

Chaque fruit du pissenlit Taraxacum officinale porte une aigrette de fins poils, le pappus. Cette structure légère ralentit sa chute et permet au vent de le disperser.

Comment ça marche

En étudiant l’écoulement autour du pappus, Cummins et ses collègues ont mis en évidence un anneau de vortex détaché, stabilisé par l’air traversant les espaces entre les poils. Le pappus produit une forte traînée sans former une membrane pleine.

  • 100 environ filaments dans un pappus typique étudié
  • 2 018 année de la mise en évidence du vortex détaché
  • 1 anneau de vortex au-dessus du pappus

EXPLORATION INTERACTIVE · 3 ÉTAPES

Suivre le vol du pissenlit

Choisissez une étape pour en découvrir le rôle. Cette séquence est une représentation pédagogique, non une simulation quantitative.

Étapes du mécanisme

Le vent emporte le fruit muni de son aigrette de fins filaments, le pappus.

Une partie de l’air passe entre les filaments ; un anneau de vortex détaché peut se stabiliser au-dessus.

La traînée ralentit la chute, tandis que le vent déplace le fruit ; la distance dépend des conditions.

Utilisez les touches fléchées pour changer d’étape au clavier.

Ce que l'homme en tire

Ce vol inspire la recherche sur des capteurs et microdispositifs dispersés par le vent. La distance parcourue dépend fortement de la météo et du terrain.

Statut : RECHERCHE

Le saviez-vous ?

Pourquoi laisser passer de l’air à travers le parachute ?

Sa porosité participe à la stabilité de l’écoulement qui crée la traînée.

Question honnête

Tous les fruits ne parcourent pas de grandes distances : la dispersion varie selon les conditions.

Réflexion

Matthieu 6:28-29

Des espaces entre des poils suffisent à modifier l’air en mouvement.

Sources

  • Cummins C., Seale M., Macente A., Certini D., Mastropaolo E., Viola I.M., Nakayama N. (2018), « A separated vortex ring underlies the flight of the dandelion », Nature — DOI 10.1038/s41586-018-0604-2

Voir aussi

Le fruit qui amortit sa chute Le bourdon et ses tourbillons La feuille qui se nettoie sous la pluie

Un bleu sans pigment bleu

Un bleu sans pigment bleu — reconstitution numérique
Reconstitution numérique — pollia

La merveille

Les fruits de Pollia condensata présentent un bleu brillant produit par la structure de leurs parois cellulaires, plutôt que par un pigment bleu. Les cellules réfléchissent la lumière comme une mosaïque de points colorés.

Comment ça marche

Des couches de microfibrilles de cellulose s’orientent progressivement en hélice dans les parois. Leur organisation réfléchit certaines longueurs d’onde ; des différences d’une cellule à l’autre contribuent à l’aspect pointilliste du fruit.

  • 2 012 année de la publication des mesures optiques
  • 1 structure hélicoïdale de cellulose à l’origine de la couleur
  • 0 pigment bleu nécessaire pour produire le bleu structurel observé

Ce que l'homme en tire

Les couleurs structurelles inspirent des revêtements et matériaux optiques. Les matériaux artificiels étudiés ne reproduisent pas nécessairement toute l’architecture de ce fruit.

Statut : RECHERCHE

Le saviez-vous ?

Le fruit resterait-il bleu sans sa structure microscopique ?

Son bleu dépend de l’arrangement de la cellulose ; il ne vient pas d’un colorant bleu dissous.

Question honnête

La brillance dépend de l’angle et des conditions d’observation ; les comparaisons de records optiques dépendent des méthodes de mesure.

Réflexion

Matthieu 6:28-29

Une disposition de cellulose peut transformer la lumière en couleur.

Sources

  • Vignolini, S., Rudall, P.J., Rowland, A.V., Reed, A., Moyroud, E., Faden, R.B., Baumberg, J.J., Glover, B.J. & Steiner, U. (2012), « Pointillist structural color in Pollia fruit », PNAS 109(39):15712-15715 — DOI 10.1073/pnas.1210105109

Voir aussi

Les couleurs et la surface du morpho Les ailes en V qui aident à capter la lumière La lumière qui sépare l’eau

Une réserve réglée pour la nuit

Une réserve réglée pour la nuit — reconstitution numérique
Reconstitution numérique — plantes qui calculent — division arithmétique de l'amidon

La merveille

L’arabette des dames Arabidopsis thaliana accumule de l’amidon pendant la journée. La nuit, elle mobilise progressivement cette réserve pour alimenter son métabolisme jusqu’à l’aube attendue.

Comment ça marche

Scialdone et ses collègues ont étudié les profils d’amidon et proposé des modèles de régulation liés à l’horloge circadienne. Dans leurs conditions, la consommation nocturne est ajustée lorsque la durée attendue de la nuit ou la réserve change.

  • 95 % environ de la réserve utilisée avant l’aube dans les conditions étudiées
  • 24 h ordre de grandeur du cycle circadien
  • 2 013 année de l’étude et du modèle de division

Ce que l'homme en tire

Comprendre cette régulation intéresse la recherche agronomique sur la croissance et l’utilisation des réserves. Le modèle mathématique ne constitue pas une calculatrice fabriquée par la plante.

Statut : RECHERCHE

Le saviez-vous ?

La plante effectue-t-elle consciemment une division ?

Non : « division » décrit un comportement et un modèle biochimique, sans supposer pensée ou intention.

Question honnête

Les molécules postulées dans le modèle sont des hypothèses ; d’autres mécanismes de régulation ont aussi été proposés.

Réflexion

Matthieu 6:28-29

Une réserve est consommée au rythme des heures de la nuit.

Sources

  • Scialdone A., Mugford S.T., Feike D., Skeffington A., Borrill P., Graf A., Smith A.M., Howard M. (2013), « Arabidopsis plants perform arithmetic division to prevent starvation at night », eLife — DOI 10.7554/eLife.00669

Voir aussi

La lumière qui sépare l’eau Des échanges sous la forêt Le parachute ajouré du pissenlit

La feuille qui se nettoie sous la pluie

La feuille qui se nettoie sous la pluie — reconstitution numérique
Reconstitution numérique — lotus

La merveille

Sur les feuilles du lotus sacré Nelumbo nucifera, l’eau forme des gouttes qui roulent et peuvent emporter des poussières. Cet auto-nettoyage est lié à la structure de la surface.

Comment ça marche

La feuille associe des reliefs microscopiques à des structures cireuses plus petites. L’eau mouille difficilement cette surface et les gouttes mobiles peuvent entraîner des particules. Barthlott et Neinhuis ont étudié ce lien entre surface et propreté.

  • 1 997 année de l’étude classique sur l’effet lotus
  • 2 échelles de relief : microstructure et structure cireuse fine
  • 1 feuille : une surface qui limite le contact avec l’eau

Ce que l'homme en tire

Des peintures et revêtements commerciaux utilisent des surfaces hydrophobes ou autonettoyantes. Leur efficacité dépend des salissures, de l’usure et de l’exposition à l’eau.

Statut : EN PRODUCTION

Le saviez-vous ?

La feuille repousse-t-elle toutes les salissures ?

Non : le nettoyage dépend des particules, de la surface et du mouvement des gouttes.

Question honnête

Hydrophobe ne signifie pas toujours autonettoyant ; la mobilité des gouttes et leur adhésion aux particules comptent aussi.

Réflexion

Matthieu 6:28-29

La forme d’une surface change la manière dont l’eau s’y déplace.

Sources

  • Barthlott W., Neinhuis C. (1997), « Purity of the sacred lotus, or escape from contamination in biological surfaces », Planta — DOI 10.1007/s004250050096

Voir aussi

Le fruit qui amortit sa chute L'aile qui perce les bactéries Les gouttes qui capturent

Des échanges sous la forêt

Des échanges sous la forêt — reconstitution numérique
Reconstitution numérique — mycorhize

La merveille

Sous le sol, des champignons mycorhiziens s’associent aux racines de nombreuses plantes. Les champignons reçoivent des composés carbonés ; leurs filaments peuvent contribuer à l’acquisition de nutriments.

Comment ça marche

Simard et ses collègues ont utilisé des traceurs isotopiques pour étudier les échanges entre bouleau à papier Betula papyrifera et douglas Pseudotsuga menziesii sur le terrain. Un transfert net de carbone a été détecté dans leurs conditions expérimentales.

  • 2 espèces d’arbres étudiées dans l’expérience
  • 1 997 année de la publication des mesures de terrain
  • 1 technique de traçage isotopique pour suivre le carbone

Ce que l'homme en tire

La gestion des sols et la recherche forestière s’intéressent aux associations mycorhiziennes. Leur efficacité dépend des espèces, du sol et de l’environnement.

Statut : RECHERCHE

Le saviez-vous ?

Les arbres se parlent-ils sous terre ?

Les mesures montrent des échanges de substances ; elles ne démontrent ni langage ni intention comparable à celle des humains.

Question honnête

L’importance des réseaux communs et des bénéfices pour chaque plante varie et fait l’objet de débats ; un transfert observé ne démontre pas une entraide intentionnelle.

Réflexion

Matthieu 6:28-29

Sous les racines, des associations vivantes participent aux cycles de la forêt.

Sources

  • Simard, S.W., Perry, D.A., Jones, M.D., Myroold, D.D., Durall, D.M. & Molina, R. (1997), « Net transfer of carbon between ectomycorrhizal tree species in the field », Nature 388(6642):579-582 — DOI 10.1038/41557

Voir aussi

Une réserve réglée pour la nuit Les microbes des réservoirs de pétrole La lumière qui sépare l’eau

Les microbes des réservoirs de pétrole

Les microbes des réservoirs de pétrole — reconstitution numérique
Reconstitution numérique — microbes du pétrole — biodégradation méthanogène

La merveille

Dans certains réservoirs souterrains, des communautés de micro-organismes transforment lentement des hydrocarbures. Leur activité modifie la composition du pétrole et peut conduire à la formation de méthane.

Comment ça marche

Jones et ses collègues ont relié la biodégradation du pétrole en profondeur à une activité méthanogène. Il s’agit d’un travail collectif : des micro-organismes dégradent des composés, tandis que des archées méthanogènes utilisent les produits de ces transformations.

  • 2 008 année de la publication dans Nature
  • 2 grands groupes impliqués : bactéries et archées
  • 1 gaz produit par la voie étudiée : le méthane

Ce que l'homme en tire

Ces recherches éclairent la bioremédiation et l’étude des gisements. Stimuler une production de méthane exploitable reste complexe et dépend des conditions du sous-sol.

Statut : RECHERCHE

Le saviez-vous ?

Un seul microbe transforme-t-il tout le pétrole en méthane ?

Non : plusieurs organismes et plusieurs étapes métaboliques peuvent intervenir.

Question honnête

La dégradation varie avec les hydrocarbures, la température et le milieu ; elle ne garantit pas une dépollution rapide ou complète.

Réflexion

Matthieu 6:28-29

Même en profondeur, des communautés microscopiques transforment la matière.

Sources

  • Jones D.M., Head I.M., Gray N.D. et al. (2008), « Crude-oil biodegradation via methanogenesis in subsurface petroleum reservoirs », Nature — DOI 10.1038/nature06484

Voir aussi

Des échanges sous la forêt Le moteur rotatif des bactéries La lumière qui sépare l’eau

Le moteur rotatif des bactéries

Le moteur rotatif des bactéries — reconstitution numérique
Reconstitution numérique — flagelle bactérien — moteur rotatif

La merveille

Certaines bactéries se déplacent à l’aide d’un flagelle, filament relié à un moteur moléculaire logé dans l’enveloppe cellulaire. Sa rotation peut changer de sens et modifier la nage.

Comment ça marche

Le moteur assemble des protéines en rotor, stator et structures de commutation. Les structures obtenues par cryomicroscopie électronique par Singh et ses collègues éclairent les changements de conformation associés à l’inversion du sens de rotation.

  • 2 024 année de l’étude structurale du mécanisme de commutation
  • 2 sens de rotation possibles chez le système étudié
  • 180° réorientation décrite pour des domaines du commutateur

Ce que l'homme en tire

La recherche sur les moteurs moléculaires peut aider à comprendre la mobilité et la colonisation bactériennes, et inspire la nanotechnologie. Un flagelle biologique n’est pas un moteur industriel miniature prêt à l’emploi.

Statut : RECHERCHE

Le saviez-vous ?

Toutes les bactéries possèdent-elles un flagelle ?

Non : de nombreuses bactéries n’en ont pas, et leurs modes de déplacement varient.

Question honnête

La structure donne des indices sur le mécanisme ; les détails de la transmission du couple et les différences entre espèces restent étudiés.

Réflexion

Matthieu 6:28-29

Des protéines assemblées rendent possible une rotation à l’échelle moléculaire.

Sources

  • Singh P.K., Sharma P., Afanzar O. et al. (2024), « CryoEM structures reveal how the bacterial flagellum rotates and switches direction », Nature Microbiology 9:1271–1281 — DOI 10.1038/s41564-024-01674-1

Voir aussi

Les microbes des réservoirs de pétrole La lumière qui sépare l’eau Les gyroscopes de la mouche