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Une étude, dont les résultats intitulés «Electrically driven electron spin resonance mediated by spin–valley–orbit coupling in a silicon quantum dot» sont publiés dans la revue npj Quantum Information, a permis de franchir une étape importante vers la fabrication à grande échelle de boites quantiques (qubits), briques élémentaires des futurs processeurs de calcul quantique (*).
Plus précisément, «une fine couche d’isotope 28 du silicium (28Si) dont le degré de pureté est très élevé et dont la structure cristalline est d’une qualité comparable à celle des films minces généralement fabriqués à partir de silicium naturel» a été obtenue sur des plaques (ou galettes) de silicium.
Rappelons ici que «le silicium naturel, très majoritairement composé de Si28, est couramment utilisé dans l’industrie électronique», mais comme il contient «4,67 % d’isotope 29» qui «présente un spin nucléaire qui limite la cohérence des bits quantiques (qubits) codés sur les spins électroniques» il génère des erreurs de calcul.
L'étude ici présentée a cherché à éviter ces pertes de cohérence en créant, sur des plaques de silicium de 300 mm, «une couche de l’ordre de 30 nm d’épaisseur dont la teneur en 29Si est inférieure à 0,006 % et dont la surface est suffisamment lisse pour subir dans de bonnes conditions les étapes successives de dépôts de matériaux, nécessaires à la fabrication de composants».
Pour y parvenir, il a été fait appel à «un procédé de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) sur une plateforme pré-industrielle utilisant des galettes de silicium de diamètre 300 mm, standard largement utilisé sur les lignes de production de masse de l’industrie microélectronique» («le gaz de silicium enrichi en isotope 28 utilisé en CVD a été fourni par l’institut de chimie des substances de haute pureté de l’Académie des sciences de Russie, avec le soutien de la société Air liquide»).
L'étape suivante sera la réalisation sur de tels substrats, «au plus près du standard industriel», de qubits «dont la fidélité devrait être nettement supérieure à celle de qubits» obtenus précédemment sur silicium naturel, car «la production massive de qubits est indispensable» puisqu'un processeur électronique quantique «devra intégrer de très nombreux qubits pour dépasser la performance des calculateurs classiques disponibles actuellement».
Lien externe complémentaire (source Wikipedia)
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Une étude, dont les résultats intitulés «Cortico–reticulo–spinal circuit reorganization enables functional recovery after severe spinal cord contusion» ont été publiés dans la revue Nature Neuroscience, rapporte que des rats rendus paraplégiques après une lésion de la moelle épinière ont réappris à marcher grâce à une thérapie associant une stimulation électrochimique de la moelle épinière et une rééducation assistée par un robot, avec un harnais de soutien connecté qui allège le poids de l'animal.
Plus précisément, la stimulation électrochimique de la moelle épinière a consisté en une injection de molécules et une stimulation électrique au-dessous de la lésion de la moelle épinière, pour activer les muscles des jambes.
Après la rééducation assistée, qui a permis aux rats de retrouver l'usage de leurs pattes, l'examen du système nerveux a mis en évidence «une réorganisation des connexions neuronales au-dessus de la zone de lésion: le message moteur cérébral a pu utiliser d'autres voies nerveuses que celles qui avaient été endommagées».
Concrètement, le cerveau a développé «de nouvelles connexions anatomiques à travers des régions du système nerveux restées intactes après la lésion». Principalement, le cerveau a rebranché «les circuits du cortex cérébral, du tronc cérébral, et de la moelle épinière».
Ce n'est pas la première fois que l'équipe qui a réalisé cette étude «fait remarcher des rats», mais, cette fois, «les nouveaux chemins empruntés par le message nerveux pour restaurer la marche» ont été précisés. En outre, cette thérapie est actuellement testée «sur des personnes atteintes d'une lésion de la moelle épinière au Centre hospitalier universitaire vaudois (CHUV)».
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Une étude, dont les résultats intitulés «Converting Escherichia coli into an archaebacterium with a hybrid heterochiral membrane» ont été publiés dans la revue PNAS, a permis de reconstituer en laboratoire un hypothétique ancêtre commun universel des organismes vivants à partir d'Escherichia coli, une bactérie moderne.
Notons tout d'abord que, d'après le scénario faisant actuellement consensus au sein de la communauté scientifique, pour arriver à leur diversité actuelle «les organismes ont évolué, en suivant des scénarios différents, depuis un ancêtre commun universel, dénommé LUCA pour Last Universal Common Ancestor» (*) qui «aurait existé entre -3,8 et -3.5 milliards d'années avant que sa lignée ne se sépare pour donner naissance aux trois domaines du vivant»: la lignée des bactéries auraient divergé en premier et, par la suite, «une autre lignée aurait donné les archées» et les eucaryotes «auxquels nous appartenons».
Bien que LUCA a disparu, comme «certains de ses caractères survivent encore dans le génome de ses descendants», on peut tenter «de le reconstituer en remontant l'arbre du vivant». Pour sa part, l'étude ici présentée a «reconstitué un hypothétique LUCA en laboratoire» à «partir d'une bactérie Escherichia coli, dont la membrane cellulaire est constituée d'un mélange de deux types de lipides, ceux trouvés dans la membrane des bactéries et ceux des archées, respectivement».
L'étude souligne que l'une «des principales différences entre bactéries et archées concerne la composition de leur membrane»: en effet, «les lipides des membranes bactériennes sont constitués d'acides gras reliés par liaison ester à un squelette de glycérol-3-phosphate, alors que les lipides des membranes archéennes sont constituées de terpénoïdes reliés par liaison ester à un squelette de glycérol-1-phosphate».
L'hypothèse examinée par l'étude est que «la membrane cellulaire de LUCA contienne ces deux lipides à la fois», ce qui la rendrait «instable par rapport à une membrane homogène» et aboutirait nécessairement à «une séparation de la lignée ancestrale en deux lignées, chacune héritant d'une membrane stable composée d'un seul type de lipide».
Afin de tester cette hypothèse, une réplique de ce LUCA a été créée «en modifiant génétiquement une bactérie E. coli, afin de lui faire exprimer des gènes codant pour la synthèse de lipides archéens». Il a été obtenu ainsi «une cellule dont la membrane contient jusqu'à 30 % de lipides archéens, alors que de précédents essais, réalisés par d'autres chercheurs, n'atteignaient même pas les 1 %».
Cette réussite découle de l'identification d'une «enzyme cruciale pour la production de lipides archéens» et de l'augmentation de «la production de terpénoïdes dans E. coli». La bactérie modifiée obtenue, «bien que plus allongée que E. coli normale, est viable et grandit à une vitesse normale». En outre, il est apparu «que la membrane lipidique hybride est stable, contrairement à l'hypothèse émise au départ».
La cellule bénéficie également «d'une résistance accrue aux températures élevées, au butanol et à la congélation, par rapport à des bactéries normales». Néanmoins, quand elle «produit des lipides archéens à un rythme trop élevé, sa croissance ralentit et des irrégularités se forment au niveau de la membrane».
L'étude précise, malgré tout, «que les résultats de l'expérience restent sujet à caution», car elle a été réalisée sur E. coli moderne. Elle suggère aussi «qu'une autre hypothèse pour expliquer la divergence évolutive entre les branches du vivant doit être trouvée».
Soulignons pour finir que cette méthode, «consistant à faire exprimer des gènes archéens dans les bactéries», pourrait permettre d'étudier «les protéines membranaires, notamment chez des organismes hyperthermophiles, des extrêmophiles vivant dans des conditions de très hautes température et pression et qui sont en majorité des archéens».
Lien externe complémentaire (source Wikipedia)
(*) Dernier ancêtre commun universel (LUCA)
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Une étude, dont les résultats intitulés «Deep into magma plumbing systems: Interrogating the crystal cargo of volcanic deposits» ont été publiés dans la revue Geology, a permis, grâce à l'analyse systématique des laves et des minéraux expulsés avec elles, d’expliquer la formation des laves à l’origine des éruptions les plus violentes.
Rappelons tout d'abord qu'il y a un flux permanent de magma vers la surface, «provenant de la fonte du manteau terrestre», qui donne en jaillissant des éruptions volcaniques, mais, paradoxalement, «les plus spectaculaires d’entre elles au plan visuel, avec une lave fluide projetée en lances lumineuses dans le ciel, ne sont pas les plus à craindre pour les habitants des régions concernées par le volcanisme», car ce sont les laves épaisses, chargées en silice, qui «provoquent des événements brutaux bien plus destructeurs».
Les scientifiques peuvent «'faire parler' les matériaux expulsés» en s’appuyant «sur leurs connaissances des conditions de pression et de température nécessaires à leur constitution»: par exemple, «la présence de pyroxènes 3 dans les laves des Andes centrales», qui «en moyenne cristallisent sous une pression de 8-10 kilobars 4», indique «qu’ils se sont formés vers 25-30 km de profondeur (à mi-étage dans cette croûte andine)»; ainsi, à condition qu'ils «partagent un même équilibre chimique avec la lave qui les contient», on peut assurer qu'ils «proviennent tous deux d’un réservoir magmatique situé à la profondeur où se sont formés ces minéraux».
L'étude ici présentée, en «compilant des données à l’échelle mondiale sur la composition des laves et celle des minéraux qu’elles contiennent» fournit une image globale de la tuyauterie magmatique. Elle confirme «l’existence des colonnes magmatiques. Ces structures «évoquées par les travaux de géophysiciens» sont de «fines tubulures de moins de 200 km de diamètre, formées au sien de la croûte terrestre», qui «relient le manteau à la surface».
Ce travail fait «aussi l’hypothèse qu’elles sont constituées d’un empilement de réservoirs magmatiques, dans lesquels les différents minéraux se forment, à différentes valeurs de pressions et de températures, avant d’être finalement drainés vers la surface par le flux magmatique». Ce cadre de fonctionnement global, avec ses fines tubulures, permet d'expliquer «l’existence de laves fluides et de laves visqueuses».
Plus précisément, les laves fluides «proviennent de colonnes courtes, comme en témoignent les minéraux présents, où elles n’ont pas le temps de se charger en silice» (on les retrouve «dans les régions situées sur la fine croûte océanique, comme à Hawaï»), tandis que les laves visqueuses «se sont formées dans des colonnes magmatiques longues, qui traversent des croûtes continentales plus épaisses». Ces dernières, qui «ont le temps et l’espace pour s’enrichir en silice, à travers les multiples réservoirs magmatiques superposés par lesquels elles transitent», finissent «leur course en donnant des éruptions explosives violentes».
En fin de compte, «ces découvertes pourraient contribuer à améliorer les prévisions du risque volcanique, en évaluant la viscosité des laves et la profondeur à laquelle elles ont été produites».
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Une étude, dont les résultats intitulés «Environmental allergens induce allergic inflammation through proteolytic maturation of IL-33» ont été publiés dans la revue Nature Immunology, a permis d'identifier une protéine capable de détecter divers allergènes dans les voies respiratoires à l'origine de crises d'asthme.
Notons tout d'abord que les moisissures, les pollens et les cafards, qui «appartiennent à trois règnes distincts du monde vivant», ont pour points communs de posséder des enzymes appelées protéases et de «déclencher des crises d'asthme chez les personnes sensibles».
Dans ce contexte, l'étude ici présentée a identifié une protéine humaine, l'interleukine-33 (IL-33), «réagissant à bon nombre d'allergènes de l'environnement»: en effet, ceux-ci, en arrivant dans les voies respiratoires, «libèrent leurs protéases qui découpent l'IL-33 en fragments hyperactifs à l'origine des réactions en chaîne responsables des symptômes allergiques».
Comme «l'IL-33 s'est montrée capable de détecter chacun des 14 allergènes testés, parmi lesquels certains sont présents dans l'air ambiant (plusieurs types de pollen, des acariens, des spores de champignons) et d'autres impliqués dans l'asthme professionnel (comme la subtilisine utilisée dans des détergents)», il s'agirait, en réalité, d'un «mécanisme général de déclenchement des réactions allergiques».
Soulignons ici que cette étude fournit de la sorte «un lien direct entre génétique et environnement», car «le gène codant pour l'IL-33 est reconnu comme étant l'un des principaux gènes de prédisposition à l'asthme chez l'humain». Il en découle qu'en empêchant «la production des fragments hyperactifs de l'IL-33 après une exposition aux allergènes», il serait possible de «limiter les réactions allergiques sévères chez les patients asthmatiques».
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