Comment la tectonique des plaques a-t-elle commencé? Une histoire de tectonique des plaques et de points chauds

Le problème de l’initiation de la tectonique des plaques ainsi que de la mise en place de la subduction reste problématique voire énigmatique. En effet, à l’heure actuelle, l’initiation d’une subduction nécessite au préalable des forces aux limites et donc une tectoniquue des plaques ainsi que des zones de fragilité dans la lithosphère conséquence là encore de la tectonique des plaques.
Dans un papier publié dans Nature en décembre 2015, Taras GERYA propose une simulation numérique très interessante qui est en lien d’une part avec notre programme mais aussi qui permet de revenir sur une question à laquelle nous n’avons pas répondu et qui corrobore son hypothèse à savoir l’ouverture de l’océan Atlantique.

  La simulation numérique ci-dessous montre la conséquence de l’arrivée d’un point chaud sur une plaque complètement homogène. Cette arrivée entraine la formationGerya_2
a) de ce qu’on appelle un plateau océanique puis
b) la formation d’une fosse et d’un slab (= un panneau plongeant de lithosphère dans le manteau) de forme circulaire puis
c) un déchirement du slab puis
d) la formation d’une véritable zone de subduction avec un retrait en arrière du slab (on en reparlera dans le cours sur le magmatisme) puis
e) la formation de dorsale et de faille transformante
La colonne de gauche montre la topographie , celle de droite la morphologie de la lithosphère subduite avec la projection de la température de surface du slab
Lorsqu’on regarde la surface de la Terre à partir de cette arrivée de point chaud comme montré à droite, on constate en effet la formation de plaque lithosphérique (a) animée de mouvement vers les zones de subductions (b)

 

 

Map_AtlanticNon seulement cette simulation explique comment la tectonique des plaques a pu être initiée mais vient en appui à la théorie selon laquelle l’océan Atlantique aurait été ouvert par l’arrivée de point chaud. En effet, si on regarde la localisation des points chauds dans l’océan Atlantique, on constate qu’ils sont sur la dorsale ou très proche de la dorsale. Ces panaches mantelliques, en arrivant en surface entraine un réchauffement de la base de la lithosphère. Or, la base de la lithosphère est définie par l’isotherme 1300°C. Si la base est réchauffée, alors, elle remonte et la lithosphère devient donc plus fine à sa base. Par compensation isostasique, la partie supérieure de la lithosphère s’effondre ce qui entraine un rifting : c’est le rifting actif.

37_Rifting_actif

Résultats d’admissibilité de l’agrégation externe SVT/SV-STU session 2016

Les résultats sont disponibles à cette page là

N’hésitez pas à visiter :

  • la page Agrégation pour vous entraîner aux leçons
  • la page BCPST pour faire quelques exercices de géologie pour préparer les TPs.
  • la page des rapports du jury qui permettent toujours de savoir ce qu’on attend de vous et voir les anciens sujets de TPs

Division des plastes à 4 membranes

Une question intéressante est de de savoir comment la division des plastes à 4 membranes se réalise et comment elle est contrôlée. Une partie de la réponse mais vous verrez que la question est encore très ouverte a été publiée en Novembre 2015 par une équipe japonaise.

Background
La division des plastes à 2 membranes est réalisé par constriction (comme la mitochondrie) et fait intervenir des protéines formant un anneau contractile. Ces protéines sont encodées pour partie par le genome nucléaire et pour partie par le genome plastidial. En accord avec la théorie endosymbiotique de l’acquisition des chloroplastes, ces protéines plastidiales sont très fortement similaires à celles des cyanobactéries.
Le problème des plastes à plus de 2 membranes ou plastes complexes (nous n’avons parlé que de ceux à 4 membranes mais il en existe à 3 membranes aussi) est qu’on a bien trouvé des gènes identiques permettant la division du plaste mais la présence de 3 ou 4 membranes complique beaucoup les choses.

Résultats de l’équipe japonaise

L’équipe japonaise a caractérisé les protéines de division du type FtsZ, une protéine du cytosquelette bactérien (nous en rediscuterons lors de la synthèse sur la cellule) qui permet la division par fission des bactéries en participant à la formation de l’anneau contractile et a recherché sa localisation cellulaire lors du cycle cellulaire chez différents organismes : une cyanobactérie qui est supposée être « l’ancêtre » des plastes, les algues rouges, les algues vertes et les plantes qui sont issus d’une endosymbiose primaire, les Straménopiles (les algues brunes comme le fucus) et les Apicomplexes (comme le Trypanosome), issus d’une endosymbiose secondaire.
Ce que montre les résultats c’est qu’il y a toujours intervention d’un anneau contractile faisant intervenir la protéine FtsZ chez tous les phylums (phyla en bon latiniste) mais ceci uniquement pour les 2 membranes du chloroplaste ou bien les deux membranes internes chez les plastes complexes. Pour les 2 membranes les plus externes, on ne sait pas encore véritablement comment cela se passe.
Par ailleurs, le timing de la division est en lien avec le cycle cellulaire mais la division des plastes complexes est différente. La partie interne du plaste (donc les deux membranes internes) se divisent au début de la mitose par l’intermédiaire de l’anneau contractile formé par les protéines FtsZ. Par contre, la division des deux membranes externes se réalisent après la mitose. Ainsi, la division des plastes complexes est elle aussi… complexe.

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Epigénétique, transposons et inactivation du chromosome X

Cette semaine dans Nature, l’équipe de Wu publie un article permettant de relier beaucoup de points  et offre de nouvelles découvertes.
Tout d’abord, il démontre que la méthylation des cytosines n’est plus la seule marque épigénétique déposée sur l’ADN mais qu’il y a aussi de la N6-methyladénine. On le savait pour les ARN depuis quelques temps (~2013 cf. cours traduction) mais pour l’ADN, on pensait bien au contraire que chez les Mammifères, ce n’était pas le cas sur l’ADN.
Ensuite, Wu démontre que cette modification a tendance à éteindre la transcription des gènes. Mais ce qui est encore plus interessant, c’est que cette marque épigénétique est essentiellement concentrée au niveau des retrotransposons portés par le chromosome X. Or ces retrotransposons du chromosome X ont été acquis récemment au cours de l’évolution (il y a moins de 1,5Ma). Cette marque est absente des retrotransposons acquis plus anciennement. Par conséquent, cette marque serait une sorte de sélection évolutive sur un moyen de contrôle de la transcription des rétrotransposons uniquement récents.
Finalement, en éteignant ces retrotransposons sur le chromosome X, cela inactive donc la transcription et pourrait donc participer à l’inactivation totale d’un des chromosomes X.

Xist serait-il encore derrière tout cela?

Wu
Sur le schéma ci-dessus, H2AX est un histone particulier dont on constate aussi que les zones compactées par ce dernier possèdent un ADN à méthylation d’adénine mais on ne comprend pas encore bien le rôle biologique.

Les méthodes alternatives d’étude des fonctions cellulaires : la biologie synthétique

Les chercheurs utilisent parfois un moyen particulier pour étudier le lien entre genome et fonction biologique : la biologie synthétique. Pour cela, ils recherchent quelle est la taille et le contenu minimal du genome nécessaire au maintien d’un être vivant, c’est à dire un être capable de se maintenir et de se développer dans son environnement.

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Dans Science, Hutchinson et ses collaborateurs ont crée un genome synthétique de 531kb correspondant à 473 gènes par 3 minimisations successives du genome de Mycoplasma. Après avoir vidé une bactérie de son genome et de toute ses protéines, ils ont introduit ce genome circulaire synthétique dedans et ont constaté que cette bactérie synthétique se développait parfaitement. Ceci permet ainsi de savoir quels sont les gènes indispensables à la Vie. Parmi ceux-ci on trouve évidemment les gènes impliqués dans la réplication, la transcription et la traduction. Mais, ce qui est interessant aussi, c’est qu’on trouve environ 17% de gènes indispensables et dont on n’a aucune idée de la fonction!