décembre 6, 2022

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Le triste sort des anciens navigateurs avec une bonne balistique

Au Cambrien, il y a 500 millions d’années, les mers étaient dominées par le groupe cuirassé. Les animaux mous sécrètent des corps en pâte métallique qui durcissent en coquilles protectrices d’une force et d’une beauté déco immenses, certaines en forme de têtes de béliers ou d’ailes d’aigles, d’autres comme des flûtes à champagne parsemées d’épines acérées.

Mais à la période dévonienne, environ 70 millions d’années plus tard, la plupart des théropodes aux longues jambes, des briopodes, des marins bien coquillés, des victimes de vol et de leurs moyens coûteux avaient disparu.

en tant que chercheurs Récemment suggéré Dans la revue Trends in Ecology and Evolution, l’effondrement de l’empire des brachiopodes illustre le conflit qui a défini la vie dès le départ : la recherche du phosphore. Les scientifiques savent depuis longtemps que l’élément phosphore est essentiel sur plusieurs fronts, et ici il lie la molécule d’ADN ensemble, alimentant chaque mouvement de la cellule. Le nouveau rapport souligne une autre manière dont le phosphate – la forme chimiquement utile du phosphore – a façonné le cours de l’évolution en tant qu’arbitre des parties dures de la nature, ses coquilles, ses dents et ses os.

« Le phosphore a été volé par des vertébrés et des poissons osseux », a déclaré Peter Kraft, paléontologue à l’Université Charles en République tchèque et auteur du nouveau rapport. « Une fois que cela s’est produit, ils se sont rapidement diversifiés et ont pris le relais. » Dr Collaboration Kraft avec Michel Mergel de l’Université de Bohême de l’Ouest.

La recherche fait partie de la Renaissance des études sur les phosphates, un projet qui s’étend à travers les disciplines et les délais. Les chimistes explorent comment les phosphates ont assaisonné le bouillon prébiotique qui a donné naissance à la vie, tandis que les scientifiques des matériaux jouent avec l’élément pour créer de nouvelles couleurs et formes surprenantes.

« Si vous chauffez du phosphore dans différentes conditions, différentes températures, différentes pressions et des choses étranges commencent à se produire », a déclaré Andrea Sella, professeur de chimie inorganique à l’University College de Londres. « Vous obtenez des formes de fibres rouges, des formes métalliques noires et des formes violettes. » Vous pouvez également empiler des couches d’atomes de phosphore puis les séparer en feuilles très fines et flexibles appelées phosphorène, le tout dans le but de contrôler le flux d’électrons et de particules lumineuses sur lequel repose la technologie. « Nous n’avons fait qu’effleurer la surface de ce que cet élément peut faire », a déclaré le Dr Silla.

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Le phosphore a été découvert à la fin du XVIIe siècle par un chimiste de Hambourg, Henning Brand, qui l’a isolé par inadvertance alors qu’il cherchait une « pierre philosophale » qui transformerait les métaux ordinaires en or. Expérimenter avec des charges du liquide doré qu’il connaît le mieux – l’urine humaine – a fait éclater la marque avec une substance étrange qui n’avait aucune touche Midas mais qui brillait dans le noir, ce qui a conduit Brand à l’appeler phosphore, le nom grec pour « apporter de la lumière ».

Cette forme pure de l’élément, appelée phosphore blanc, s’est avérée toxique et inflammable et a donc été utilisée pendant la guerre pour fabriquer les balles traçantes, les écrans de fumée et les bombes incendiaires alliées qui ont dévasté la ville natale de Brand pendant la Seconde Guerre mondiale.

WP a également acquis une sombre renommée à la Dickens au 19ème siècle, lorsqu’il a été ajouté aux astuces des matchs pour produire des matchs « frappés n’importe où ». Les filles et les femmes qui travaillaient dans des usines mal ventilées produisant le produit très populaire étaient parfois exposées à tant de vapeurs de phosphore qu’elles développaient une « mâchoire mince », une condition horrible dans laquelle leurs gencives reculaient, leurs dents tombaient et les os de leurs mâchoires se desserraient. . Selon l’historienne Louise Rowe, la lutte des marieurs pour des conditions de travail plus sûres a contribué à stimuler le mouvement syndical moderne.

Le phosphore pur n’existe pas dans la nature, mais il est lié à l’oxygène, comme les phosphates, et cette union moléculaire, la liaison phosphore-oxygène, « est fondamentale pour le fonctionnement de la biologie », a déclaré Matthew Bowner, chimiste organique à l’University College de Londres. a dit. Le corps stocke et brûle de l’énergie en créant et en brisant les liaisons phosphate présentes dans la petite machinerie monétaire de la cellule, les molécules d’adénosine triphosphate, connues sous le nom d’ATP. Le processus de recyclage du phosphate est implacable, a déclaré le Dr Bowner, « convertissant essentiellement votre poids corporel en ATP chaque jour ».

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Le phosphate se combine avec le sucre pour former l’épine dorsale de l’ADN, où il contient un arrangement significatif de lettres d’informations génétiques qui, autrement, s’effondreraient dans la soupe à l’alphabet. Les phosphates conspirent avec les molécules lipidiques pour encapsuler chaque cellule avec une membrane vigilante qui détermine toujours ce qui entre et ce qu’il faut éviter. Les protéines s’envoient des messages en échangeant des paquets de phosphate.

Derrière l’incroyable avantage des phosphates, une charge négative empêche les fuites indésirables. « Vous ne pouvez mettre le pouvoir et le relâcher que lorsque vous le souhaitez », a déclaré le Dr Bowner. « Il ne s’infiltrera pas dans l’environnement. » En revanche, dit-il, la molécule équivalente à base de carbone, appelée carbonate, se dissout facilement dans l’eau : « Si vous associez l’ADN avec des carbones au lieu de phosphates, tout se désintégrera. » Le Dr Bowner a plaisanté en disant que nous devrions considérer la vie basée sur les phosphates plutôt que sur le carbone.

Cependant, contrairement aux autres composants majeurs de la vie – carbone, azote, oxygène et hydrogène – les molécules de phosphate n’ont pas de phase gazeuse. « C’est trop gros pour voler », a déclaré le Dr Silla. Les phosphates entrent dans le jeu de la vie par l’érosion des roches, la décomposition des organismes ou des excréments tels que l’urine ou le guano. Comprendre l’effet des flux de phosphate dans le temps est un effort de recherche majeur.

Une énigme persistante est de savoir comment la jeunesse a commencé à consommer du phosphate. Étant donné l’importance du phosphate dans tous les aspects de la biologie, le milieu aqueux primitif dans lequel les premières cellules sont apparues devait être riche en phosphate. « Cependant, la plupart des eaux naturelles sur Terre aujourd’hui sont très rares en termes de phosphates », a déclaré Nicholas Tosca, géochimiste à l’Université de Cambridge. « Nous nous attendions à ce que la même chose soit vraie dès le début sur la planète Terre. » Il a expliqué qu’il croyait que le fer travail pour isoler les phosphates.

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Le Dr Tosca et ses collègues de Cambridge ont abordé le problème de l’origine de la vie Dans une étude récemment publiée dans Nature Communications,. Les chercheurs ont décidé de reconsidérer l’hypothèse en se demandant : qu’en était-il plus tôt, quand il y avait beaucoup moins d’oxygène autour ? Ils savaient que l’oxygène convertit le fer en une forme qui empile fortement le phosphate. Que se passerait-il si l’oxygène était retiré de l’équation ? Les chercheurs ont créé de l’eau de mer artificielle dans une grande boîte à gants sans oxygène et ont découvert que, certainement, dans ces conditions, le fer dissous laissait la majeure partie du phosphate seul, vraisemblablement disponible pour toutes les protocellules du voisinage.

Dans l’article Trends in Ecology and Evolution, le Dr Kraft a également suggéré que les mers cambriennes étaient relativement riches en phosphate. Les animaux peuvent en absorber tellement, en fait, qu’ils peuvent fabriquer des coquilles épaisses et durables, comme le tissu le plus dur du corps humain – l’émail phosphaté de nos dents.

« C’est un énorme avantage d’avoir ces obus », a déclaré le Dr Kraft. En comparaison, la coquille des mollusques modernes, faite de carbonate de calcium, craque facilement sous le pied des plages. Mais à mesure que les mers se remplissaient et que des poissons osseux apparaissaient, l’approvisionnement en phosphate diminuait et les brachiopodes ne pouvaient plus rechercher librement ce dont ils avaient besoin pour construire leur logement coûteux. Les poissons osseux étaient sages dans leur utilisation du phosphate comme matériau de construction : leurs dents, quelques parties du squelette, et c’était tout. Parce qu’ils sont en mouvement, les poissons peuvent piéger tous les phosphates et autres nutriments qui sont filtrés de la terre dans la mer, avant qu’ils n’atteignent les coquilles dures et agglomérantes en dessous.

Les phosphates étaient dominés par les vertébrés, et rien ne pouvait les arrêter désormais.