Eric
G. : Bonjour Laurent, vous posez trois questions...
 1 - Quelle
est la composition chimique de l'ambre et pourquoi permet-elle de conserver
l'ADN ?
La
réponse à cette première question ne se situe sans
doute pas dans la détermination exclusive des composés;
mais, aussi, et sans doute, dans la globalité des systèmes
biologiques et chimiques.
L'hypothèse fondée sur une conception
physique simple ne doit pas devenir le model de référence
à partir duquel vous pouvez prétendre expliquer tous les
prototypes... Basée sur le mode simpliste, cette méthodologie
(très plaisante, puisque dépeignant un monde stérilisé
où les variables environnementales sont peu efficaces), est voué
à l'insuccès...
"Donnez
moi la liste des ingrédients de votre gâteau, ainsi, je
pourrais vous expliquer : Pourquoi il est bon ?"
Laurent, soyez raisonnable, les choses ne sont pas aussi simples...
Reprenons
alors nos propos : "Donnez moi la composition chimique
de l'ambre ainsi: Nous saurons pourquoi la matière conserve géologiquement
l'ADN ?..."
La réalité des conceptions (réalités complexes)
échappe encore à l'ingéniosité de l'esprit
humain.
Eric Geirnaert, spécialiste de l'ambre explique le fossile de
résine et l'adn antique.
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La
composition chimique de l'ambre
La
composition chimique de l'ambre n'est pas encore
complètement établie. Cette lacune
provient de sa grande résistance à se dissoudre
dans les solvants habituels, (éthanol, térébenthine,
éther, benzène)... Ceux-ci ne l'attaquent qu'à
30 % environ, et l'identification des éléments par
chromatographie en phase gazeuse est donc incomplète.
La
fraction soluble a été étudiée et
caractérisée en spectrométrie de masse, (Mills
et al 1984-85) ; 71 composés organiques ont été
identifiés. 10 mono terpènes correspondant à
ceux du Kauri, (c'est à dire l'ambre de Nouvelle Zélande).
Sur 39 diterpènes identifiables, 21 ont un squelette de
carbone basé sur l'acide abiétique, 13 sur l'acide
primarique et 5 sur l'acide agathique, squelette de labane.
La
composition de la fraction soluble ne renseigne pas sur la structure
organique du polymère. Celui-ci, est constitué de
molécules d'acides résiniques formant un dimère.
L'acide abiétique est le composé principal. L'acide
succinique est un autre composé important de la structure
du polymère qui représente de 3 à 8 % de
la masse globale de l'ambre.
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L'inventaire
des 71 composés organiques renseigne peu sur la genèse de
la propriété qu'a l'ambre de préserver géologiquement
le matériel génétique des espèces piégées.
Une
composition chimique, mais aussi une structure...
Un
polymère dense, homogène et stable, comme l'ambre, qui conserve
durablement un ADN, peut apparaître inefficace si la matière
devient poreuse. La compacité de la matière vaut alors autant
que sa composition chimique. Un ambre solide et homogène peut éventuellement
conserver l'ADN...
Un ambre iso-chimique, mais, poreux, criblé de trous et de fissures
peut être définit comme un mauvais conservateur géologique.
La composition chimique de la matière n'est alors pas le seul principe
à appréhender.
L'ambre
n'est pas la seule matière capable de conserver géologiquement
de l'ADN...
De
nombreuses matières, d'une structure chimique plus ou moins simple,
peuvent préserver des séquences d'ADN. Citons par exemple
: le permafrost, la glace, la tourbe, le pétrole, le sable, la
diatomite (une roche composée d'algues microscopiques que sont
les diatomées). La silice du sable ou de la diatomite est susceptible
de se lier à l'ADN et ainsi de protéger la molécule
de la dégradation.
Prenons
l'exemple de la congélation...
L'eau
est un composé qui favorise l'autolyse des molécules. Pourquoi
donc le permafrost conserve t-il des séquences d'ADN ? Le
froid ou même la structure de l'eau, (liquide ou sous forme de glace),
ne sont en rien dans la préservation des molécules d'ADN.
La diminution de la dégradation chimique dépend de la concentration
végétale des tanins qui sont piégés parmi
les glaces. Les tanins bloquent les réactions bactériennes
de putréfaction. La connaissance de la composition chimique de
la glace n'est pas suffisante pour savoir comment et pourquoi la matière
conserve géologiquement l'ADN. Il ne faut pas extraire l'eau de
son milieu d'origine pour comprendre le phénomène de conservations
des ADN anciens. Il faut appréhender le biotope dans son ensemble.
Ceci dit, la chose n'est pas forcément facile.
Dans le permafrost et les glaciers, la décomposition est ralentie,
voir parfois franchement arrêtée. L'ensemble des processus
d'autolyse et de dégradation microbienne sont probablement inhibé
au moment de la mort des organismes, sans que l'on constate la présence
systématique de tanin.
D'autres composés pourraient alors intervenir pour bloquer chimiquement
les bactéries. Rappelons pour mémoire que les tissus d'Otzi
(une momie de cinq mille ans retrouvée dans un glacier alpin en
1991) contenait un million de fois moins d'ADN que le taux normal chez
un sujet vivant.
Les
systèmes complexes...
La
présence de l'eau, la température, la nature des ions métalliques,
le niveau du PH, la température, la pression, l'exposition à
la lumière, le contact à l'atmosphère, la mitoyenneté
d'une source polluante lors de mouvements géologiques,... sont
quelques facteurs physico-chimiques dont la combinaison peut interagir
avec les variables environnementales pour modifier le niveau de conservation
des molécules génétiques.
La bonne conservation de l'ADN dans les fossiles de l'ambre résulte
d'une détermination complexe...
2 - Sachant
que l'autolyse, responsable de la destruction de l'ADN, est seulement
réalisable en milieu humide, comment l'ambre autorise t-il la conservation
du milieu stérile ?
Les
oléorésines (productions végétales avant fossilisation),
imprègnent les organismes piégés et les momifient.
Les substances aqueuses sont alors absorbées par la résine
enrayant ainsi les réactions d'hydrolyse et d'autolyse dans la
dépouille.
On suppose aussi que les propriétés des oléorésines
à l'origine des ambres étaient capables de bloquer les réactions
chimiques des micro organismes. Cette supposition est basée sur
des constats botaniques actuel. La résine contrôle donc le
milieu humide contenu dans la dépouille, cependant, il est intéressant
de noter que la résine séjournera dans un substrat aqueux
lors du processus de recouvrement par les sédiments qui préparera
la métamorphose de fossilisation de la résine en ambre.
3 - Quelles
sont, au niveau microscopique, les réactions s'effectuant durant
l'autolyse ?
L'autolyse
(dégradation enzymatique de l'organisme par lui même) s'opère
rapidement (quelques heures après la mort) et précède
ainsi d'autres réactions qui dégradent l'ADN...
La dégradations de l'ADN
La dégradation du matériel génétique d'un
organisme peut intervenir à différents niveaux de la molécule
et dans une plage de temps plus ou moins longue :
- Des radiations ionisantes de fond peuvent
graduellement bouleverser les bases azotés et dénaturer
le squelette de phosphate et le squelette de sucres de l'ADN.
- La désamination (qui correspond
à la modification chimique des bases nucléiques) et la
dépurination (qui désigne
l'élimination d'une base purique : Adénine ou Guanine)
sont d'autres processus qui vont déstabiliser les molécules
d'ADN.
-Une autre modification post-mortem de l'ADN est l'oxydation.
La réaction endommage les bases et les sucres. Durant cette réaction,
les molécules perdent leurs électrons...
- La putréfaction peut agir par
l'action d'enzymes de micro-organismes étrangers et se complète
par l'action d'autolyse des enzymes dégradatrices de l'organisme
qui vient de mourir. Le résultat conduit à une fragmentation
des longues molécules d'ADN.
- Plusieurs sites de la molécule d'ADN sont susceptibles de subir
une attaque hydrolytique (par l'eau), en
particulier, la liaison entre la molécule de glucide désoxyribose
et les bases. Les attaques hydrolytiques fragmentent également
la molécule d'ADN.
- D'autres réactions, désignées de racémisations
peuvent modifier le matériel génétique. La racémisation
modifie la structure spatiale des molécules et produit un équilibre
du milieu entre les deux formes d'isomères optiques des acides
aminées. Au cours du temps, les molécules qui tournent
vers la droite s'équilibrent avec celles qui tournent vers la
gauche. Le mélange 50 / 50 % est atteint pour les ambres les
plus anciens.
De
nombreuses réactions sous rapport de variables environnementales...
Autolyse,
oxydation, putréfaction, attaque hydrolytique, taux de racémisation, ...
peuvent varier selon les variables environnementales et fluctuer selon
les origines botaniques des oléorésines dont les propriétés
diffèrent sensiblement selon les biotopes.
Les déserts chauds, basiques et secs sont des lieux où,
par exemple, les hydrolyses sont ralenties. Les dessiccations rapides
des dépouilles animales après la mort, minimisent les actions
des bactéries et des enzymes autolytiques. Mais ce milieu n'évite
pas la désagrégation par le rayonnement solaire.
Les oléorésines à l'origine
de l'ambre étaient exclusivement des productions végétales
de biotopes fossiles équatoriaux, où donc, l'humidité
était omniprésente. Les ambres sont souvent retrouvés
dans des strates acides complètement inondées...
L'oléorésine qui fossilise durant plusieurs millions d'années
dans les profondeurs des sédiments offre des variables environnementales
favorables à la conservation de l'ADN :
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*) Dessiccation de l'organisme piégé par la résine,
*) Stabilisation des concentrations physiologiques en sels,
*) Préservation de l'oxydation atmosphérique,
*) Sauvegarde du milieu piège qui adoucit le chimisme agressif
des sédiments,
*) Arrêt de la photolyse, (rupture des liaisons chimiques
à partir de l'énergie des photons) lorsque le milieu
piège en enfouis dans les boues sédimentaires
*) Le milieu piège durcie puis estompe la compaction géologique,...
|
L'ambre,
un conservateur géologique exclusivement dans le sol...
L'ambre
extrait de ses sédiments se consume inexorablement à l'oxygène
atmosphérique. Une vitrification de surface apparaît sur
les échantillons. La matière retirée de sa strate
fossile offre ainsi une isolation non durable à l'ADN ancien.
Conclusion
L'ADN
ancien sauvegardé dans l'ambre possède ses pièges,
et, la plupart des belles séquences publiées ont plus
ou moins rapidement été démontrées comme
étant des contaminations opératoires. L'ADN des fossiles
de l'ambre est souvent fragmenté, dégradé et chimiquement
modifié.
Cependant, le record de l'ADN le plus ancien
semble du à un petit coléoptère Nemonychidae de
l'ambre du Liban.
Deux séquences génétiques ont été
isolées : les gènes 18s et 16s d'un ARN ribosomal avec
respectivement 315 paires de bases pour le premier et 226 paires de
bases pour le second. Le coléoptère provient d'un gisement
situé entre Jezzine et Dar al-Baida, dans l'Aptien (108-114 M.A),
Crétacé
inférieur. L'ambre a été daté légèrement
plus vieux à 120-130 M.A.
Représentation du Nemonychidae de l'ambre du Liban
à partir ququel les savants ont réalisé le record
de l'ADN fossile le plus ancien.
Chose
encore plus extraordinaire : deux bactéries
fossiles de l'ambre dominicain ont été revitalisées :
Bacillus sphaericus âgée
de 40 M.A. a été revitalisée à partir
de l'abeille Proplebia dominicana, et,
Staphylococcus succinus,
25-40 M.A., désigne que cette autre bactérie est issue
du succin, cet autre nom de l'ambre !
|
 Bonjour,
Je suis étudiant en quatrième année de
Biologie Evolutive, mais également passionné
de minéralogie et plus particulièrement des
inclusions "fossiles" dans l'ambre et le copal.
Je vous écrit afin de vous demander quelques renseignements
à propos de ces deux fameuses bactéries Bacillus
sphaericus et Staphylococcus succinus
dont vous faites référence dans votre livre
(non moins fameux !!).
Si vous avez plus de précisions ou d'autres informations
qui ne figureraient pas dans votre ouvrage, je vous serai
très reconnaissant de me les faire parvenir.
En vous remerciant d'avance de votre réponse, cordialement.
François-Xavier Flotterer.
Eric
G. : Bonjour Monsieur,
Je ne suis pas du tout spécialiste des bactéries,
et, même si le sujet me passionne, les thèmes
relatifs à la biologie évolutive moléculaire
restent pour moi assez obscurs.
En ce qui me concerne, je ne peux pas vous en dire beaucoup
plus sur Bacillus sphaericus et Staphylococcus
succinus, si ce n'est que ces deux bactéries
ont été mentionnées maintes fois dans
une littérature assez abondante.
Monsieur Flotterer, si vous pouviez vous procurez les nombreux
documents (et les articles dérivés) disponibles
dans les bibliothèques universitaires, je pense que
vous devriez pouvoir restituer assez facilement les masses
d'informations (à l'origine de belles polémiques)
qui peuvent être extraites de ces admirables travaux.
Le sujet des bactéries antiques et des Adn anciens
piégés dans l'ambre a été abordé
au
premier
congrès mondial de l'ambre en
Espagne (Vitoria-Gasteiz
20 - 23 Octobre 1998)...
Dans mon
ouvrage, L'Ambre Miel de Fortune et Mémoire de Vie,
j'aborde le sujet à sa plus simple expression. Peut-être
me risquerais-je à une périlleuse rédaction
si le sujet aboutissait à une éventuelle publication
(co-parution), mais, je doute fort que mes pauvres connaissances
puissent vous apprendre quoi que ce soit… Monsieur, je
ne peux pas vous répondre objectivement quant à
un exposé exhaustif sur ces deux bactéries.
Si vous souhaitez un "diagnostic" très précis
pour vos études, peut-être pourriez-vous prendre
contact avec quelques chercheurs, par exemple, messieurs :
Borucki, Lambert, Walden, Robertson, Gutierrez, Marin,
Pieniazek, Cano, Poinar, DeSalle, Hendrik, Norman, Acra, Gatesy,
Wray, Wheeler, Grimaldi, Barcia, etc… qui ont travaillé
à quelques récupérations d'Adn antiques.
De
gauche à droite, les chercheurs : Rob SeSalle,
Ward Wheller, Dave Grimaldi et John Gatesy
examinent une séquence d'ADN fossile provenant d'un
insecte fossile de l'ambre.
Photographie AMERICAN MUSEUM
OF NATURAL HITORY (Science n°257 25 septembre 1992)
Pour l'étude des génomes
antiques, quelques institutions
sont alors incontournables :
* Department of Biochemistry and Applied Molecular
Biology, UMIST, Manchester, UK.
* Department of Entomology, American Museum of Natural History,
New York, New York 10024.
* College of Natural Resources, University of California,
Berkeley 94720.
* Biological Sciences Department, California Polytechnic State
University, San Luis Obispo 93407.
* University of Munich, Germany.
* Department of Palaeontology, Natural History Museum, London,
UK.
Etc...
Note-1) Bacillus sphaericus
Le spore fossile de l'ambre récupéré
dans l'abeille Proplebia dominicana (ci-dessous)
à l'origine de la découverte de Bacillus
sphaericus a été étudié
par Raul J Cano, et Monica K Borucki.
Publications dans : Science Vol 268 Mai
1995. Revival and identification of Bacterial Spores in
25-to 40-Million-Year-Old Dominican Amber. (p 1060-1064)
Raul J. Cano and Monica K. Borucki.
Et : Science Vol 270 Décembre 1995.
Age of Bacteria from Amber. (p 2015-2017)
Ces travaux vous permettent
d'examiner les arbres évolutifs phylogénétiques
des bactéries à partir des données informatiques
du GenBank. Les publications proposent aussi les tables des
rapprochements des séquences génétiques
homologues du gène 16s de l'ADN Ribosomal après
les amplifications par la PCR. Une liste de résultats
donne enfin le relevé des enzymes produites par la
bactérie B isolée de l'ambre...
Parlons
de L'EXPLOIT ORCHESTRE PAR RAUL CANO ET MONICA K
BORUCKI
Dans le fossile d'ambre ci dessus
... et grâce au travail du Docteur Raul Cano, microbiologiste
à Cal Poly (San Luis Obispo en Californie, USA),
pour la première fois, des chercheurs récupèrent
une bactérie fossile (proche du buccin sphérique)
qui 'dormait' sous forme de spore dans l'intestin de l'abeille
Proplebia dominicana.
Après
deux semaines d'incubation dans une solution nutritive (trypticase),
le miracle s'est produit (ci-dessous)... Une colonie de bactéries
fossiles
Bacillus sphaericus
était à l'évidence ressuscitée !
Les
bactéries sont originales par le fait que leur matériel
génétique est constitué d'un chromosome
(Haploïdie), chromosome unique et circulaire. Il "suffit
donc", d'une seule molécule en bon état
dans l'ambre pour redonner la vie à une colonie.
On
sait que certaines bactéries (des bacilles) sont très
spécifiques aux abeilles. Ces bactéries sont
en symbiose avec l'animal. Protégées à
l'intérieur de l'abdomen, elles apportent une aide
précieuse dans de nombreux processus métaboliques
indispensables au développement de l'insecte. Les relations
de symbioses entre les Apidae et les Bacillus spp
sont donc connues.
Cette association englobe des relations de digestion et de
fermentation du pollen, des relations de mises en provision
de la nourriture. La symbiose intervient également
dans des rapports de protection de la nourriture contre des
dégradations microbactériennes. Cette activité
biologique des micro-organismes dans l'insecte engendre des
antibiotiques et prévient de certaines maladies. Les
relations modernes entre les abeilles et les Bacilles existent
bien...
Mais qu'en était-il alors de cette bactérie
fossile et de l'abeille ancestrale Propleibia dominicana ?
Les
4 bactéries contemporaines : Bacillus pumilus,
B. firmus, B. subtilis et B. circulans
qui vivent en symbioses avec nos abeilles actuelles montrent
des affinités phylogénétiques si proches
avec celles revitalisées dans l'abdomen de Propleibia
dominicana qu'on peut raisonnablement suggérer
qu'il devait certainement exister, il y a 40 millions d'années,
une paléosymbiose entre l'abeille Propleibia
dominicana et
Bacillus Sphaericus.
Les
bacilles ont également la possibilité de se
protéger par une enveloppe épaisse de protéines
dès lors que les conditions ne sont plus favorables
(elles se transforment en spores).
C'est dans cet état que la bactérie a été
extraite de l'ambre.
On peut rapprocher cette caractéristique de celle de
certains végétaux, qui eux, pour supporter des
conditions extrêmes, se transforment en kystes.
La
bactérie fossile est différente de toutes celles
qui vivent actuellement, néanmoins, elle est issue
de l'espèce des Bacillus. La séquence génétique
nouvelle (BCA16) démontre que l'échantillon
isolé a bien une origine ancienne, la bactérie
est donc bien fossile.
Les
travaux d'analyses et de comparaisons des génomes entre
les bactéries sont par contre critiqués, la
procédure affiche de sérieuses imperfections :
plusieurs séquences génétiques sont similaires
avec d'autres espèces de bactéries.
Ce sont les séquences D16280, L14010
et X60639. Monsieur Raul Cano, lui même, reconnaît
ces résultats, et admet que ces critiques sont nécessaires
et mêmes bien venues.
Les sphaericus sont un taxon hétérogène
et l'analyse a porté sur le gène 16S d'un ARN
ribosomal. Celui-ci a été comparé avec
le gène correspondant de 8 bactéries modernes.
Les comparaisons ont été réalisées
en utilisant les séquences d'une bibliothèque
(le Genbank). De nouveaux examens à partir de la bactérie
en culture, devraient, cette fois, pouvoir éliminer
de façon définitive les suppositions de contaminations.
Note-2) Staphylococcus succinus
Les deux types de bactéries Staphylococcus
succinus (AMG-D1T et AMG-D2) ont été
étudiées par : Lambert LH, Cox T, Mitchell
K, Rossello-Mora RA, Del Cueto C, Dodge DE, Orkand P, Cano
RJ Int. Confer la publication dans : Journal
Syst. Bacteriol. 1998 Apr;48 Pt 2:511-8 (XOMA Corporation,
Berkeley, CA 94710, USA.)
Résumé : Two
bacterial isolates, designated AMG-D1T and AMG-D2, were recovered
from 25-35-million-year-old Dominican amber. AMG-D1T and AMG-D2
biochemically most closely resemble Staphylococcus xylosus;
they differ physiologically from other staphylococci. Fatty
acid analysis and comparisons with extensive databases were
unable to show relatedness to any specific taxon. Moreover,
AMG-D1T and AMG-D2 contain tuberculostearic acid and meso-diaminopimelic
acid, characteristic of the G + C-rich coryneform bacteria,
as opposed to L-lysine characteristic of staphylococci. AMG-D1T
and AMG-D2 have a G + C ratio of 35 mol%. Phylogenetic analysis
with the 16S rRNA gene indicated that AMG-D1T and AMG-D2 were
most closely related to Staphylococcus equorum, S. xylosus,
Staphylococcus saprophyticus and other novobiocin-resistant
staphylococci. Stringent DNA-DNA hybridization studies with
AMG-D1T revealed similarities of 38% with S. equorum, 23%
with S. xylosus and 6% with S. saprophyticus. The results
indicate that AMG-D1T and AMG-D2 represent a novel species,
which was named Staphylococcus succinus sp. nov. The type
strain of the new species is AMG-D1 (ATCC 700337).
Cordialement, Eric G.
(Note E.G. : Pour les bactéries de l'ambre, les
résultats sont aujurd'hui discutés et TRES critiqués).
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