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Pour une meilleure efficacité des analyses paléogénétiques

Photo d'Eva d'Eva-Maria Geigl en train de réaliser le prélèvement aseptiquement.
Photo d'Eva d'Eva-Maria Geigl en train de réaliser le prélèvement aseptiquement.

L'ADN conservé dans des os en cours de fossilisation se dégrade jusqu'à 50 fois plus lors du stockage dans un musée, que lorsque ces os sont enfouis dans le sol. C'est ce que vient de démontrer l'équipe de paléogénétique dirigée par Eva-Maria Geigl (Institut Jacques Monod / CNRS – Paris). Publiée dans la revue PNAS le 8 janvier 2007, cette étude révèle que, pour une meilleure réussite des analyses paléogénétiques, les ossements archéologiques et paléontologiques doivent être traités comme des échantillons biologiques (1) pendant et après leur prélèvement. Cette découverte implique une nouvelle méthodologie de prélèvement, de traitement et de conservation des fossiles. Elle ouvre également de nouvelles perspectives d'investigation par approche paléogénétique de fossiles fraîchement prélevés.

Disposer d'un matériel archéologique bien conservé est primordial pour obtenir des résultats fiables dans le cadre d'études paléogénétiques. Actuellement, celles-ci ne sont que trop rarement le fruit d'une interaction étroite entre les disciplines concernées : biologistes moléculaires, archéologues, paléontologues et conservateurs. De plus, les biologistes les réalisent le plus souvent à partir d'échantillons stockés dans les collections ou les musées. Mais, rien ne permettait d'affirmer que les traitements effectués par les chercheurs de terrain (archéologues, paléontologues, conservateurs) et que les conditions de stockage étaient compatibles avec une approche paléogénétique. De fait, ces analyses se heurtaient souvent à un fort taux d'échec dû, entre autres, à l'absence d'ADN ancien détecté par PCR (2) ou à la contamination par de l'ADN moderne.

Une vaste étude paléogénétique a été conduite sur environ 250 ossements d'herbivores vieux de 600 à 50 000 ans, grâce à une coopération internationale entre l'Institut Jacques Monod du CNRS, le musée de Sciences naturelles de Madrid et de nombreux paléontologues et archéologues européens, turques et japonais. Ce travail a montré que l'ADN mitochondrial (3) d'ossements fraîchement prélevés et non traités était amplifié avec un taux de réussite de 46%. Ce taux n'atteint que 18% pour des ossements issus de collections ayant subi lavage, séchage et stockage. Une grande partie du matériel génétique conservé dans les fossiles, en moyenne 85%, est donc perdu à la suite des traitements par les archéologues et pendant la conservation dans les musées.                                                                                             

Cette découverte a été confirmée par une étude sur des ossements provenant d'un même individu, un aurochs enfoui il y a 3 200 ans dans la Sarthe. Ces ossements ont été prélevés lors de deux campagnes de fouille, la première effectuée en 1947, la seconde en 2004. Après avoir été persuadé par Eva-Maria Geigl de la nécessité d'analyser des ossements "fraîchement" prélevés, Nicolas Morel, paléontologue et conservateur du musée Vert du Mans, a recherché dans les archives la localisation du site de fouille de 1947 puis prélevé "fraîchement" 120 ossements supplémentaires provenant de l'aurochs. Aucun des ossements prélevés en 1947 et stockés au musée Vert n'a permis d'obtenir des résultats par analyse paléogénétique. En revanche, tous les ossements de 2004 ont permis l'amplification de l'ADN, et donc des analyses paléogénétiques pertinentes. Autre résultat mis en évidence : l'ADN s'est autant dégradé en 57 ans que pendant deux millénaires d'enfouissement. Augmentation de la température, diminution du pH et de la concentration en sel suite aux lavages, sont les principaux facteurs avancés pour expliquer la dégradation accélérée de l'ADN provenant d'ossements traités.

Une approche interdisciplinaire avec une forte collaboration entre biologistes moléculaires et chercheurs de terrain est à l'origine de cette importante découverte. S'ouvrent ainsi des perspectives d'analyses paléogénétiques plus larges, aussi bien par l'étendue des périodes accessibles à l'analyse que par la diversité des questions qui pourront être abordées. En effet, jusqu'à présent, ce sont principalement les échantillons des zones froides qui livraient leurs secrets, l'ADN se conservant mieux à basse température. En analysant du matériel fossile fraîchement prélevé, on peut espérer récupérer de l'information génétique sur des spécimens provenant de régions chaudes ou tempérées, comme le Proche Orient ou l'Afrique, régions au potentiel très riche sur les questions relatives au développement de notre civilisation et à l'évolution de l'espèce humaine.

Notes :
(1) Lors du prélèvement de tissus frais pour analyses moléculaires, les échantillons biologiques sont conservés dans des conditions minimisant autant que possible la dégradation des biomolécules : mise au froid et maintien de la chaine du froid.
(2) Réaction de polymérisation en chaine
(3) L'ADN mitochondrial correspond au génome d'un organite intracellulaire : la mitochondrie qui produit l'énergie dans les cellules eucaryotes. Une cellule humaine possède en moyenne un millier de mitochondries et environ 4000 molécules d'ADN mitochondrial. L'abondance de cet ADN l'a rendu très populaire pour les analyses paléogénétiques car une grande partie de l'ADN est dégradée dans les fossiles.

Références :
Freshly excavated fossil bones are best for amplification of ancient DNA (2007). Mélanie Pruvost, Reinhard Schwarz, Virginia Bessa Correia, Sophie Champlot, Séverine Braguier, Nicolas Morel, Yolanda Fernandez-Jalvo, Thierry Grange, and Eva-Maria Geigl. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Publié online le 8 Janvier 2007.

Source CNRS : communiqué de presse.  http://www2.cnrs.fr/presse/communique/997.htm

Avec l'aimable autorisation de Eva-Maria Geigl (chercheur au CNRS et auteur) et Priscilla Dacher (Contact presse du CNRS) pour la mise en ligne sur Gigadino.