Objet :    Re : Moteurs de lézards et de rats
Date :       5 juillet 2005
Message-ID: 2hqlc159220flgubapj8n5mtor5kmrv5gm@4ax.com

Le Tue, 05 Jul 2005 12:22:50 -0600, dkomo a écrit :

>Tout le monde sait que les reptiles sont à sang froid et les mammifères à sang chaud,
>mais peu de gens réalisent à quel point les exigences énergétiques des moteurs thermiques
>que sont les corps des mammifères sont exorbitantes.
>
>Typiquement, les mammifères nécessitent dix fois plus d'énergie pour faire fonctionner
>leurs corps à leur température nominale de 37 degrés C (98,6 degrés F) que les reptiles,
>en utilisant le taux métabolique de base comme point de comparaison.
>
>Chris Lavers, dans son ouvrage Pourquoi les éléphants ont de grandes oreilles, fournit une
>illustration intéressante de cette différence. Imaginez un lézard et un rat de la même
>taille assis sous un arbre. Si le moteur du corps du lézard tourne à l'arrêt, disons
>à 100 tours par minute (RPM), celui du rat tournera à 1000 RPM. La vitesse du moteur
>correspond au taux de réactions métaboliques productrices de chaleur au sein des cellules.
>
>Mais lorsque les moteurs sont poussés, le rat obtient une bien meilleure performance.
>S'ils décident tous les deux de courir vers un autre arbre à un kilomètre de distance,
>le lézard fera monter son moteur à 1000 RPM, tandis que le rat poussera le sien à
>10 000 RPM. Si la température extérieure est de 38 degrés C pour donner au lézard
>une chance équitable (le corps du lézard sera à la même température que l'environnement,
>et son efficacité musculaire s'améliore lorsque la température augmente),
>le rat couvrira la distance à environ 88 mètres par minute, tandis que le lézard
>n'atteindra que 13 mètres par minute.
>
>Cependant, si les deux animaux étaient des voitures et que le lézard consommait, disons,
>30 miles par gallon, le rat ne consommerait que 3 miles par gallon.
>
>Compte tenu des exigences énergétiques sévères des animaux à sang chaud, il est étonnant
>que les mammifères et les oiseaux (qui sont également à sang chaud) aient jamais évolué
>de leur dernier ancêtre commun, qui était un reptile à sang froid d'une certaine sorte.
>Et cette chaleur corporelle complète doit avoir évolué indépendamment dans les lignées
>évolutives menant à chacun.

Oui, il est vrai que les poïkilothermes (le terme « approprié » pour les animaux communément appelés « à sang froid ») ont un taux métabolique d'un ordre de grandeur inférieur à celui des homéothermes (« à sang chaud »). Note : l'une des raisons pour lesquelles on a abandonné les noms « chaud » et « froid » est que, à 38 °C, dans l'exemple donné, le lézard est tout aussi « à sang chaud » que le mammifère ; lorsque la température monte encore plus haut, le lézard sera plus chaud ! Et un mammifère en hibernation peut avoir un sang très froid, en effet. Ainsi, « à sang froid » et « à sang chaud » ne sont pas utilisés dans les discussions techniques. Un poïkilotherme a une température corporelle qui varie ; un homéotherme régule sa température de manière relativement constante. D'autres termes que vous pouvez rencontrer sont endotherme, un animal dont la température corporelle est presque entièrement déterminée par des sources de chaleur internes, et ectotherme, un animal dont la température corporelle est déterminée principalement par des facteurs externes.

Le principal avantage de l'homéothermie, qui vaut largement le coût énorme qu'elle représente, ne se trouve pas dans les conditions chaudes mais dans le froid. Dans le froid, le poïkilotherme se refroidit et son taux métabolique chute drastiquement au point où il peut devenir virtuellement inerte. De nombreux grands insectes ne peuvent pas voler s'il fait trop froid ; les reptiles (ainsi que les insectes, les vers et autres) deviennent très lents. Tant que tout le monde est un poïkilotherme, prédateur et proie confondus, ce n'est pas trop grave. La proie ne peut pas se mettre à l'abri très vite, mais alors le prédateur ne peut pas courir très vite pour l'attraper. En revanche, un oiseau ou un mammifère qui maintient son corps chaud et peut conserver un métabolisme élevé et actif même lorsqu'il fait froid aura un avantage énorme.

Il existe d'autres avantages secondaires. La sensibilité thermique des protéines, et par conséquent la sensibilité thermique des taux de réactions biochimiques et d'autres processus physiologiques, varie considérablement d'une réaction à l'autre et d'un processus à l'autre. Bien que la règle empirique commune indique que les réactions doublent ou triplent leur taux pour chaque augmentation de 10 °C de la température, le facteur d'augmentation réel peut être bien inférieur à 2 ou bien supérieur à 3. Les cellules, les organes et les organismes nécessitent que toutes les réactions biochimiques internes et les processus biophysiques soient parfaitement équilibrés en magnitude. Si vos muscles fonctionnent 15 fois plus vite dans la chaleur, mais que votre biochimie ne peut libérer l'ATP requis que 10 fois plus vite, les choses s'effondrent. De même, si les première et quatrième étapes d'une chaîne de réactions augmentent considérablement mais pas les deuxième et troisième, ou si votre respiration augmente plus que votre circulation, les choses s'effondrent de manière tout à fait différente. Ainsi, un organisme qui ne régule pas sa température corporelle a beaucoup de difficulté à s'adapter aux fortes variations de la température environnementale. Souvent, cela prend plusieurs jours — suffisant pour tolérer les changements saisonniers, mais pas suffisant pour une vague de chaleur soudaine ou une période de froid, ni même les changements quotidiens de la nuit au jour. Maintenir une température corporelle constante permet à tous les différents systèmes biochimiques et biophysiques de rester finement réglés et en harmonie.

Incidentellement, la régulation de la température corporelle d'une manière ou d'une autre s'est développée de nombreuses fois au cours de l'évolution. La plupart des oiseaux et des mammifères se situent à l'une des extrémités : des régulateurs très stricts utilisant la chaleur produite en interne pour se maintenir au chaud (homéothermes endothermes). La plupart des organismes aquatiques, des invertébrés terrestres et des amphibiens ont une température corporelle approximativement égale à celle de l'environnement (poïkilothermes ectothermes). De nombreux reptiles, certains grands poissons et même certains insectes plus grands régulent partiellement — c'est-à-dire qu'ils maintiennent leur corps différent de l'environnement tout en permettant certaines variations, ou bien régulent seulement certaines parties de leur corps, généralement les organes centraux et le cerveau, ou encore régulent seulement pendant une partie du temps. Ces organismes sont parfois appelés hétérothermes. Le mécanisme peut impliquer l'utilisation de chaleur externe (se baigner dans le soleil, s'appuyer contre une pierre réchauffée par le soleil, ou sélectionner d'une autre manière un microhabitat approprié) ou interne (les bourdons frileux « bourdonnant » pour développer suffisamment de chaleur afin de permettre le vol). Plusieurs espèces de pythons régulent activement leur température corporelle en utilisant des sources de chaleur internes lorsqu'elles couvent.

Ainsi, les oiseaux et les mammifères n'ont certainement pas dû développer une endothermie homéothermique complète d'un coup. Il est généralement bien reconnu que de nombreux grands dinosaures régulaient probablement leur température : les animaux très grands ont tendance à surchauffer trop facilement et le problème est généralement de rester au frais, pas de se réchauffer. Si les reptiles synapsides le faisaient, c'est une autre histoire. Cependant, il est intéressant de noter que les monotrèmes régulent à une température corporelle relativement basse (28 à 32°C) et que les marsupiaux (plus quelques groupes placentaires comme les edentates et les insectivores non musaraignes) régulent à 33 à 36°C. La plupart des mammifères régulent à 37 à 39°C. Les oiseaux « primitifs » comme les ratites régulent à 38 à 39°C tandis que les passériformes régulent à environ 42°C. Autrement dit, la « chaleur du sang » n'est certainement pas un phénomène de « complexité irréductible » où chaque partie doit être en place avant qu'aucune partie ne puisse être avantageuse.

Le coût de la thermorégulation par chaleur interne est, bien sûr, le paiement de la facture de chauffage – trouver suffisamment de nourriture à brûler pour produire toute cette chaleur. Le problème est minimisé par une bonne isolation – fourrure et plumes. Le problème, bien sûr, est le plus sévère pour les animaux des zones tempérées et arctiques en hiver, lorsque la nourriture est la plus rare. En conséquence, de nombreux petits mammifères abandonnent simplement le maintien de leur température corporelle en hibernant. Les grands mammifères ont la vie plus facile pour plusieurs raisons. Premièrement, la relation entre la masse corporelle et la surface signifie qu'il est plus facile pour eux de rester au chaud avec moins de carburant. Deuxièmement, la relation inhabituelle entre le taux métabolique et la taille du corps signifie que ces animaux peuvent survivre beaucoup plus longtemps grâce aux graisses internes stockées – un petit mammifère ne peut pas stocker assez de graisse pour durer tout l'hiver. Les oiseaux migrent généralement plutôt que de faire face à un hiver rude.

Ce sujet est bien traité dans tout ouvrage sur la physiologie animale comparée ou environnementale. Schmidt-Nielsen, Prosser, Withers, Hill et Wyse sont parmi les auteurs dans ce domaine.

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Objet :    Re : Le danger de devenir un fanatique scientifique
Date :       21 juillet 2005
Message-ID: 11dv3t6i55ccl13@corp.supernews.com

John M a écrit :
>Vous avez été très courtois et j'apprécie des réponses comme la vôtre. Je ne peux pas dire la même chose pour les autres cependant.

Bienvenue sur Usenet. Ignorez les autres et répondez à ceux que vous considérez comme courtois.

>Mon problème, c'est que je n'ai jamais présenté aucune théorie à personne. Je pensais
>que c'était une discussion libre pour engager les uns et les autres dans différentes
>possibilités. Je n'avais aucune idée que la théorie de l'évolution était figée dans
>le béton, à ne pas toucher ou à ne pas modifier par des païens tels que moi.

Euh, si vous n'avez jamais présenté quoi que ce soit, pourquoi avez-vous pris autant de lignes pour ne pas le faire ?

Une possibilité est quelque chose, cependant. Une fois que vous dites que vous avez une possibilité, ou que vous suggérez qu'elle pourrait l'être, elle tombe sous le feu habituel que toute possibilité suggérée subit. Cela n'a rien à voir avec les scientifiques étant arrogants, c'est ainsi que la science se fait. Nous pouvons tous (scientifiques ou non) formuler de nombreuses idées, des dizaines, des centaines, des milliers d'idées. Il doit y avoir un moyen de réduire le troupeau, ou nous serons simplement submergés par la masse de nos propres idées, sans parler de celles des milliers d'autres scientifiques ou des milliards d'autres personnes.

La science est une méthode pour trier parmi les milliers d'idées afin de parvenir à celles qui méritent un travail plus sérieux. En ce sens, elle constitue un processus de sélection ou de filtrage. Une grande partie de ce travail nécessite de savoir ce qui est déjà connu, ce qui est un point où vos contributions ont fait défaut : vous ne semblez pas (les apparences peuvent être trompeuses) connaître beaucoup de ce que la biologie sait avant de soumettre des idées et de vous énerver lorsqu'elles ne sont pas bien accueillies.

Quoi qu'il en soit, j'ai un ensemble de questions, probablement similaire à celui utilisé par de nombreux scientifiques, que j'applique à mes notions pour décider si elles valent la peine d'être poursuivies. Si je (nous) les appliquons à mon (notre) enfant, pensez-vous vraiment que nous, les humains, allons laisser le vôtre passer sans sanction ?

L'idée correspond-elle bien aux observations ? Cela nécessite que vous appreniez quelles sont vraiment les observations.

Si (quand) il existe des observations avec lesquelles l'idée ne s'accorde pas bien, sont-elles au moins particulièrement difficiles (grandes barres d'erreur, peu de réplications, ...) à réaliser ? (Peut-être que la notion est correcte et que les observations discordantes ont une faiblesse suffisante pour ne pas vraiment infirmer l'idée.)

La plupart des idées n'atteignent pas ce stade. La plupart du temps, les bonnes observations sont discordantes avec l'idée, dès que l'on considère celles qui dépassent les quelques-unes à partir desquelles vous avez émis la notion.

• Y a-t-il d'autres choses que cette idée pourrait expliquer ?
• Comment l'idée peut-elle être testée ?
• À quel point peut-elle être erronée ? Cela peut sembler étrange. Je veux dire que si votre notion peut accommoder toutes les observations concevables, elle ne peut pas être erronée, donc elle est inutile. Les bonnes idées scientifiques sont capables d'être très erronées. Les vraiment bonnes (la mécanique quantique, par exemple) sont capables d'être très erronées mais sont, en fait, extrêmement précises.

L'idée est-elle nouvelle ? Beaucoup de mes idées sont rejetées pour cette raison : l'idée se trouve souvent dans un domaine que je ne connais pas beaucoup avant de la formuler. Les scientifiques sont très créatifs et y travaillent depuis très longtemps. Il est très probable que quelqu'un, quelque part et à un moment donné, ait déjà eu cette notion et, pire encore, ait montré pourquoi elle ne fonctionne pas. Je me donne des points pour la nouveauté de l'invention ou pour le temps qu'il a fallu pour la réfuter.

Pourquoi personne n'y a-t-il pensé avant ? Les questions précédentes sont assez courantes parmi les gens qui réfléchissent à la science ; celle-ci semble moins fréquente. Je tire cependant un bon parti de celle-ci, car elle peut me conduire à de meilleures réponses à la question précédente : « C'est le genre de chose que tel ou tel aurait pu trouver, êtes-vous vraiment sûr qu'il ne l'a pas fait ? ». Des réponses comme « Je suis un si grand génie que ces imbéciles ne peuvent même pas comprendre ma brillance » ne sont pas admises. Qu'est-ce que je savais en formulant l'idée que les gens du domaine ne savaient pas, ou ne savent pas couramment ? (nouvelles observations, idées empruntées à un domaine et appliquées à un autre, nouvelles mathématiques, nouvelles capacités de calcul, ...)

J'ai récemment eu une idée particulièrement bonne, en ce qu'elle survit en réalité à toutes les questions précédentes. Je me suis donc engagé dans la première étape vers une « mise en public » : parler à quelqu'un de compétent dans un domaine pertinent. Mais d'abord, je fais mes « devoirs » pour avoir la confiance que l'idée vaut le temps de quelqu'un d'autre. Il est en fait plus enthousiaste à ce sujet que moi. (!) Si je peux préciser les détails observationnels, vers lesquels je suis bien avancé, j'aurai résolu un problème dans sa niche qui est resté en suspens depuis plus de 100 ans. (En réponse à ma dernière question : a) parce que je puise des idées dans 3 domaines qui ne se regardent pas normalement b) parce que certains effets soutenant l'idée n'ont devenu observables que ces dernières années.)

Si vous considérez que vous avez présenté une idée, vous avez échoué à la tester contre l'une des questions précédentes. Ce n'est pas un péché, mais cela signifie que vous ferez face à une avalanche lorsque les autres l'appliqueront pour vous. C'est un processus rude. Mais personne ne sera plus indulgent envers vos notions qu'avec les leurs ; et je suis assez brutal avec les miennes — j'en ai beaucoup.

Le tri des idées est également l'un des grands plaisirs de la science. Discuter de leur qualité est un pilier des discussions pendant le déjeuner et des réunions dans les couloirs des conférences (dites, avez-vous vu cette conférence de A ? Je trouvais qu'elle était plutôt bonne. Non, C dit qu'elle ignore X, ce qui la rend nulle. Mais elle répond à X par Y, ce qui semble une bonne réponse. ...)

D'après The Acoustical Foundations of Music 2^e édition, par John Backus, Norton, New York, 1977. pg xiii :

"[Une] façon de traiter les erreurs est d'avoir des amis prêts à passer le temps nécessaire pour mener une examen critique de la conception expérimentale avant et des résultats après que les expériences soient terminées. Une meilleure façon encore est d'avoir un ennemi. Un ennemi est prêt à consacrer une immense quantité de temps et d'énergie intellectuelle à dénicher les erreurs, grandes et petites, et ce sans aucune compensation. Le problème est que les ennemis vraiment capables sont rares ; la plupart d'entre eux sont seulement ordinaires. Un autre problème avec les ennemis est qu'ils se transforment parfois en amis et perdent une grande partie de leur zèle. C'est ainsi que l'auteur a perdu ses trois meilleurs ennemis."

von Bekesy était un lauréat du prix Nobel de physiologie.

--
Robert Grumbine http://www.radix.net/~bobg/ Science faqs and amateur activities notes and links.
Sagredo (Galilée Galilée) « Vous présentez ces sujets obscurs avec trop de
preuves et de facilité ; cette grande aisance les rend moins appréciés qu'ils
ne l'auraient été s'ils avaient été présentés d'une manière plus obscure. » Deux nouvelles sciences

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Objet :    Re : Demande
Date :       20 juillet 2005
Message-ID : 11du954g64alt7e@corp.supernews.com

"Zoe" a écrit...

> Ce qui suit est un extrait d'un message en réponse à Howard Hershey, auquel
> il n'a pas répondu. Quelqu'un d'autre peut-il s'il vous plaît fournir une
> réponse au scénario évolutif suivant ?
>
> Pouvez-vous retracer le chemin par lequel les chimpanzés et les humains
> parviennent à produire des descendants dès leur séparation de leur ancêtre
> commun ?
>
> L'ancêtre commun possède, disons, 23 paires de chromosomes. Une rare
> « mutation bénéfique » provoque la naissance d'un descendant avec une
> paire de chromosomes supplémentaire. Il est le précurseur du chimpanzé.
> Où intervient l'ancêtre humain ? L'ancêtre commun produit-il également un
> descendant avec 23 paires de chromosomes, mais avec une autre rare
> « mutation bénéfique » qui oriente ce descendant, désormais ancêtre des
> humains, dans une direction différente ?

Pour plusieurs raisons, il semble plus probable que le dernier ancêtre commun des humains et des chimpanzés possédait 24 paires de chromosomes. Premièrement, les chimpanzés, les gorilles et les orangs-outans ont tous 24 paires de chromosomes (ce qui rend plus probable que ce soit le nombre du dernier ancêtre commun des grands singes, et qui a persisté jusqu'à ce qu'il soit réduit dans la lignée humaine). Deuxièmement, bien que tous les chromosomes possèdent un centromère au centre et des télomères à l'extrémité, le chromosome 2 humain présente un centromère vestigial et un télomère enchâssés dans le chromosome lui-même, suggérant qu'il s'est formé par la fusion de deux chromosomes. En effet, il existe deux chromosomes distincts chez les chimpanzés qui sont très similaires en séquence aux deux « moitiés » du chromosome 2 humain.

Par ailleurs, bien que vous ne l'ayez pas explicitement demandé, l'espèce de l'okapi (une girafe rare au cou court) comprend des individus avec 22 paires de chromosomes, 23 paires, et même 22,5 paires (soit 45 chromosomes au total -- dans ce cas, deux chromosomes d'un parent doivent être appariés avec un chromosome fusionné de l'autre parent). Ainsi, une mutation qui aurait produit le premier humain avec un chromosome 2 (plutôt que les chromosomes ancestraux 2a et 2b) n'aurait pas empêché cet individu de se reproduire avec succès. Ou encore, prenons le cas du cheval de Przewalski et du cheval domestique : les chevaux domestiques, comme leurs éleveurs humains, ont une paire de chromosomes de moins que leurs ancêtres sauvages, apparemment en raison d'une fusion chromosomique -- mais les chevaux domestiques et ceux de Przewalski peuvent encore se croiser pour produire une descendance fertile. Dans d'autres cas (par exemple, les « races chromosomiques » de souris), avoir des nombres de chromosomes différents réduit la fertilité interspécifique.

Il n'y a aucune raison de supposer que la différence dans le nombre de chromosomes a commencé avec le dernier ancêtre commun ; il est fort possible qu'elle soit beaucoup plus récente, bien après que la lignée humaine se soit séparée de la lignée des chimpanzés. Il n'y a, d'ailleurs, aucune raison particulière de supposer que la lignée humaine ait commencé avec une mutation bénéfique particulière, plutôt que nos ancêtres soient simplement passés dans une autre partie de l'Afrique que celle des ancêtres du guépard, de sorte qu'ils ne puissent plus se croiser (la séparation géographique a empêché que de nouvelles mutations bénéfiques -- ou neutres ou nuisibles -- dans la lignée hominine n'entrent dans le pool génétique des chimpanzés).

> Voici votre arbre en germe.

>
> ancêtre commun       ancêtre des chimpanzés (individu unique)
> _____________________/
>                      \
>                       ancêtre humain (individu unique)

Non, assurément, la ramification concernait des populations entières d'élevage -- une bande, ou quelques bandes, d'hommes singes se déplaçant vers un nouveau territoire loin des terres où vivaient d'autres membres de leur espèce. Comme noté, au point de ramification, les deux populations auraient été des hommes singes de la même espèce ; elles ne seraient devenues des espèces différentes qu'après le point de ramification, après que la séparation géographique les ait laissés libres d'évoluer dans deux directions différentes. Rappelez-vous que, tout comme il n'y avait pas de "premier locuteur français" luttant pour se faire comprendre dans une nation de locuteurs du latin classique, il n'y avait pas de "premier humain" ou de "premier chimpanzé", mais seulement un changement progressif sur de nombreuses générations à partir de la même espèce ancestrale.

> Pouvez-vous enchaîner à partir de là ? Quel est le chemin ? À ce stade, l'ancêtre chimpanzé peut-il encore se croiser avec l'ancêtre commun ou avec l'ancêtre humain ? Il doit se croiser avec quelque chose pour produire plus de descendants de sa propre espèce, alors d'où vient le partenaire ?

La plupart des évolutionnistes estiment que la majorité des événements de spéciation sont « allopatriques », ce qui signifie qu'ils se produisent après que la population ancestrale se soit divisée en deux groupes qui pourraient se reproduire entre eux s'ils se rencontraient, mais qui ne se rencontrent plus. Par la suite, la mutation, la dérive génétique et la sélection pour des environnements différents modifient progressivement les populations en espèces différentes. Aucune mutation particulière (à moins de compter la polyploïdie) ne produira vraisemblablement une nouvelle espèce. Une approche meilleure (bien que toujours trop simplifiée) consisterait à considérer une série entière de mutations, certaines bénéfiques, la plupart neutres (mais elles nous ont quand même rendus différents des chimpanzés), qui chacune rendaient le porteur un tout petit peu plus « humain » (ou, dans l'autre lignée, un tout petit peu plus « chimpanzé »). Aucun gène unique n'aurait rendu son porteur beaucoup plus différent des autres membres de son espèce, ou incapable de se reproduire avec eux.

Il ne semble pas probable qu'un humain moderne puisse (ou du moins veuille) se croiser avec un chimpanzé moderne, mais il est vraisemblable que voici cinq millions d'années, nos ancêtres étaient juste un tout petit peu plus « humains » que les ancêtres des chimpanzés modernes. Ils auraient probablement pu produire une descendance fertile avec les ancêtres des chimpanzés, mais comme mentionné, ils vivaient dans des parties différentes de l'Afrique et ne se sont plus rencontrés.

Par ailleurs, la polyploïdie est une duplication du génome entier ; les plantes se spéciennent ainsi tout le temps, mais c'est plus rare chez les animaux (bien qu'il existe des exemples fortement étayés pour les amphibiens, les rongeurs et d'autres vertébrés ; supposons qu'ils ne puissent pas former une nouvelle espèce à moins qu'ils ne puissent se reproduire parthénogénétiquement, ou à moins que la polyploïdie se produise assez fréquemment pour qu'éventuellement elle produise deux membres de la même espèce au même endroit et au même moment). Mais cela n'a rien à voir avec la façon dont les humains se sont séparés des singes.

-- Steven J.

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