Stonehenge n’a pas été façonné par les glaciers. Grâce à l’analyse fine des grains de sable, une étude révèle que les pierres les plus lointaines ont été choisies avec soin et acheminées par nos ancêtres, ajoutant une pièce décisive à l’enquête sur les origines du monument.

Demandez comment Stonehenge a été construit et l’on vous parlera de traîneaux, de cordages, de bateaux et d’une impressionnante détermination humaine pour acheminer des pierres depuis toute la Grande-Bretagne jusqu’à la plaine de Salisbury, dans le sud-ouest de l’Angleterre. D’autres évoqueront des géants, des sorciers ou même le concours d’extraterrestres pour expliquer le transport de ces blocs, dont certains proviennent du Pays de Galles et d’Écosse.

Mais une autre hypothèse existe : et si la nature elle-même avait assuré l’essentiel du travail ? Selon cette piste, d’immenses glaciers qui recouvraient autrefois la Grande-Bretagne auraient transporté les « pierres bleues » et la « pierre d’Autel » jusqu’au sud de l’Angleterre sous forme de blocs erratiques, des roches déplacées par la glace, puis abandonnées sur la plaine de Salisbury, prêtes à être utilisées par les bâtisseurs de Stonehenge.

Cette hypothèse, connue sous le nom de théorie du transport glaciaire, revient régulièrement dans des documentaires et des discussions en ligne. Mais elle n’avait encore jamais été mise à l’épreuve à l’aide des techniques géologiques modernes.

Notre nouvelle étude, publiée le 21 janvier dans Communications Earth and Environment, apporte pour la première fois des preuves claires montrant que des matériaux glaciaires n’ont jamais atteint cette région. Elle démontre ainsi que les pierres ne sont pas arrivées par un transport naturel lié aux glaces.

Si des travaux antérieurs avaient déjà jeté le doute sur la théorie du transport glaciaire, notre étude va plus loin en mobilisant des techniques de pointe d’empreinte minéralogique pour retracer l’origine réelle des pierres.

Une empreinte minéralogique sans équivoque

Les vastes calottes glaciaires laissent derrière elles un paysage chaotique, fait d’amas de roches, de substrats striés et de formes de relief sculptées. Or, aux abords de Stonehenge, ces indices caractéristiques sont soit absents, soit ambigus. Et comme l’extension méridionale exacte des calottes glaciaires demeure incertaine, l’hypothèse d’un transport glaciaire reste sujette à controverse.

Dès lors, en l’absence de traces massives et évidentes, peut-on chercher des indices plus discrets, à une échelle bien plus fine ?

Si des glaciers avaient acheminé les pierres depuis le Pays de Galles ou l’Écosse, ils auraient aussi disséminé en chemin des millions de grains minéraux microscopiques, comme le zircon et l’apatite, issus de ces régions.

Lors de leur formation, ces deux minéraux piègent de faibles quantités d’uranium radioactif, qui se transforme progressivement en plomb à un rythme connu. En mesurant les proportions respectives de ces éléments grâce à une méthode appelée datation uranium-plomb (U–Pb), il est possible de déterminer l’âge de chaque grain de zircon ou d’apatite.

Comme les roches de Grande-Bretagne présentent des âges très différents d’une région sur l’autre, l’âge d’un minéral peut renseigner sur son origine. Autrement dit, si des glaciers avaient transporté des pierres jusqu’à Stonehenge, les cours d’eau de la plaine de Salisbury – qui collectent des zircons et des apatites sur un vaste territoire – devraient encore conserver une empreinte minéralogique nette de ce trajet.

À la recherche d’indices minuscules

Pour le vérifier, nous sommes allés sur le terrain et avons prélevé du sable dans les rivières qui entourent Stonehenge. Et les résultats étaient riches d’enseignements.

Malgré l’analyse de plus de sept cents grains de zircon et d’apatite, nous n’en avons trouvé pratiquement aucun d’un âge minéralogique correspondant aux sources galloises des « pierres bleues » ni à l’origine écossaise de la « pierre d’Autel ».

Cependant, l’immense majorité se concentre dans une fourchette étroite, comprise entre 1,7 et 1,1 milliard d’années. De façon éclairante, les âges des zircons des rivières de Salisbury correspondent à ceux de la Formation de Thanet, une vaste nappe de sables peu cimentés qui recouvrait une grande partie du sud de l’Angleterre il y a plusieurs millions d’années, avant d’être érodée.

Cela signifie que les zircons présents aujourd’hui dans les sables fluviaux sont les vestiges de ces anciennes couches de roches sédimentaires, et non des apports récents déposés par les glaciers lors de la dernière période glaciaire, entre 26 000 et 20 000 ans avant notre ère.

L’apatite raconte une histoire différente. Tous les grains datent d’environ 60 millions d’années, à une époque où le sud de l’Angleterre était une mer subtropicale peu profonde. Cet âge ne correspond à aucune roche-source possible en Grande-Bretagne.

En réalité, l’âge des apatites reflète le métamorphisme et le soulèvement provoqués par la formation de montagnes lointaines dans les Alpes européennes, qui ont fait circuler des fluides à travers le calcaire et « réinitialisé » l’horloge uranium-plomb de l’apatite. Autrement dit, la chaleur et les transformations chimiques ont effacé la signature radioactive antérieure du minéral et remis son compteur à zéro.

Comme le zircon, l’apatite n’a pas été apportée par les glaciers : elle est locale et repose sur la plaine de Salisbury depuis des dizaines de millions d’années.

Un nouvel éclairage sur l’histoire de Stonehenge

Stonehenge se situe au carrefour du mythe, de l’ingénierie ancienne et de la géologie sur des temps profonds.

L’étude des âges des grains microscopiques dans les sables fluviaux apporte aujourd’hui une nouvelle pièce à ce puzzle. Elle fournit des preuves supplémentaires que les pierres les plus exotiques du monument n’y sont pas arrivées par hasard, mais ont été choisies et transportées délibérément.

Anthony Clarke a reçu des financements de l'Australian Research Council.

Chris Kirkland ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.

Nous avons découvert le mécanisme biologique à l’origine des formes génétiques les plus fréquentes de deux maladies neurodégénératives : la maladie de Charcot et la Démence Fronto-Temporales. Ces nouvelles connaissances pourraient aider au développement de futures cibles thérapeutiques. Nos résultats viennent d’être publiés dans la revue Science.

La sclérose latérale amyotrophique (SLA), ou maladie de Charcot, est une pathologie neurodégénérative fatale, on estime à 3 ans l’espérance de vie à la suite du diagnostic de la maladie, elle touche environ 6000 personnes en France. La pathologie résulte de la destruction progressive des neurones en charge de commander les muscles, les motoneurones. La mort de ces neurones est à l’origine des troubles moteurs caractéristiques de la maladie (une paralysie complète des muscles des bras, des jambes et de la gorge entraînant une incapacité à marcher, manger, parler ou même respirer qui s’installe progressivement).

Les causes de cette pathologie sont très variées. 10 % des cas de SLA sont d’origine génétique, contre 90 % de cas sporadiques, c’est-à-dire sans cause identifiée. Dans le cas de la forme génétique, la cause la plus fréquente est un défaut au niveau d’un gène spécifique (C9ORF72) qui provoque la synthèse de protéines toxiques qui entraînent la mort des motoneurones.

Ce gène contient des séquences qui sont anormalement répétées et qui portent une information génétique erronée. La traduction de ce défaut génétique conduit à la fabrication de protéines aberrantes (car elles ne devraient pas exister) et neurotoxiques. Notre découverte a permis de comprendre que cette synthèse de protéines toxiques est seule responsable de la pathologie. En bloquant spécifiquement la fabrication de ces dernières, nous avons réussi à enrayer la dégénérescence des motoneurones et de ce fait empêcher l’apparition de la maladie.

Comment cette découverte a-t-elle pu être réalisée ?

Nous avons dans un premier temps reproduit, in vitro, la synthèse de protéines toxiques responsables de la mort des motoneurones. Ces protéines sont produites par le ribosome des cellules à partir du gène C9ORF72. Dans toutes les cellules, les protéines sont produites par les ribosomes. Ces machineries reconnaissent des sites spécifiques de l’ARN, c’est-à-dire des séquences particulières. Une fois fixé, le ribosome va lire l’ARN et le traduire en protéine. Si le ribosome ne reconnaît pas ce site particulier, la synthèse de protéines est impossible.

Grâce à ces expériences, nous avons pu identifier le site de démarrage du ribosome. En introduisant une simple mutation ponctuelle (remplacement d’une seule base par une autre) dans ce site au niveau du gène C9ORF72, la synthèse des protéines toxiques est totalement éteinte. Nous avons confirmé ces résultats dans des cellules, puis chez des souris.

La suite de notre travail a consisté à utiliser ces connaissances pour corriger le gène C9ORF72 dans des motoneurones de patients SLA (cultivés en laboratoire). Grâce à la technologie des « ciseaux moléculaires » CrispR-Cas9, le site de démarrage du ribosome a été modifié, cette seule modification est suffisante pour éteindre totalement la synthèse toxique dans ces motoneurones et restaurer leur durée de vie.

En quoi cette découverte est-elle importante ?

La SLA, comme la plupart des maladies neurodégénératives, sont des maladies qui sont déclenchées par des causes multifactorielles. Ceci rend le traitement de ces pathologies extrêmement compliqué. Nos recherches ont permis de caractériser le mécanisme moléculaire déclenchant la pathologie et ont conduit à l’identification précise de la cause de la SLA dans la forme la plus fréquente de la maladie, ce qui représente environ 8 % des cas. La découverte du site de démarrage de la synthèse de protéines toxiques pour les motoneurones est primordiale. Ce site de démarrage est maintenant une cible thérapeutique nouvelle pour le développement de nouveaux traitements.

Quelles sont les suites de ces travaux ?

L’objectif de nos recherches à venir est de cibler spécifiquement le site de démarrage de la synthèse de protéines neurotoxiques produites à partir du gène C9ORF72 afin d’empêcher la mort prématurée des motoneurones chez les patients SLA.

Ceci revêt une importance capitale pour les malades atteints de la SLA pour laquelle il n’existe pas de traitements mais aussi d’autres maladies neurodégénératives comme la Démence Frontotemporale (DFT) dont plus de la moitié des formes familiales est également due à ces même répétitions de séquences dans le gène C9ORF72. Nos recherches ouvrent donc de nouvelles pistes de recherche pour la mise au point de traitements thérapeutiques ciblant la synthèse de protéines neurotoxiques chez les patients SLA et DFT.

Tout savoir en trois minutes sur des résultats récents de recherches commentés et contextualisés par les chercheuses et les chercheurs qui les ont menées, c’est le principe de nos « Research Briefs ». Un format à retrouver ici.

Franck Martin a reçu des financements de l'ANR, la FRM, l'ARSLA, l'AFM Telethon et France Alzheimer

On connaissait les crottes fossiles, appelées coprolithes. Mais une découverte récente montre que les régurgitations peuvent elles aussi se fossiliser. Sur le site paléontologique de Bromacker, en Allemagne, un fossile très particulier a été mis au jour : un régurgitalithe, c’est-à-dire un vomi fossile. Cette régurgitation regroupe des restes osseux appartenant à trois animaux différents et provient d’un prédateur appartenant aux synapsides (groupe d’animaux incluant les mammifères modernes), déjà découvert sur ce site.

Les roches de cette localité, âgées d’environ 290 millions d’années (Permien inférieur), ont déjà livré des plantes, des amphibiens et des reptiles exceptionnellement bien conservés, ainsi que de nombreuses traces de pas. Cette fois, notre équipe a découvert un petit amas d’os partiellement digérés, sans structure ni forme régulière, suggérant qu’il ne s’agissait pas d’un excrément mais bien de restes régurgités par un prédateur. Cette découverte vient d’être publiée dans Scientific Reports.

Comment avons-nous déterminé qu’il s’agissait de vomi fossilisé ?

Ce fossile se présente sous la forme d’un amas osseux compact. Un tel regroupement d’os n’a jamais été découvert à Bromacker, et suggère que ces restes ont été ingérés puis rejetés par un prédateur, soit par défécation ou régurgitation. Dans le cas des coprolithes (crottes fossilisées), les restes osseux sont généralement préservés à l’intérieur d’une matrice sédimentaire d’origine organique (matière fécale) visible, riche en phosphore, issu de l’activité bactérienne liée à la digestion des os. Or, dans le cas de ce spécimen, les restes osseux ne sont pas entourés d’une telle matrice. Une analyse des éléments chimiques par micro-XRF (Spectrométrie de fluorescence des rayons X) a confirmé une quasi-absence de phosphore dans cette matrice. Cette absence de phosphore est caractéristique des régurgitalithes (régurgitations fossilisées) comparé aux coprolithes, fortement concentré en phosphore, dû à un temps de digestion plus long.

Nous avons aussi scanné le fossile en 3D (CT-scan). Cette approche non destructive a permis de reconstituer virtuellement chaque os et de les identifier avec précision. Le régurgitalithe contient notamment :

• un maxillaire d’un petit reptile quadrupède (Thuringothyris), avec la plupart des dents encore en position ;

• un humérus appartenant à Eudibamus, un reptile bipède ;

• un métapode (os du pied ou de la main) d’un diadectide, un herbivore de taille nettement plus grande.

Au total, trois animaux différents et de tailles variées, ont été ingérés puis partiellement régurgités par un même prédateur.

Pourquoi cette découverte est-elle importante ?

Les régurgitalithes sont très rares dans le registre fossile, et aucun n’avait encore été décrit dans un environnement terrestre aussi ancien. Cette découverte représente ainsi le plus ancien vomi fossile de vertébré terrestre connu.

Elle ouvre aussi une fenêtre inédite sur le comportement alimentaire des prédateurs du Permien inférieur. Deux carnivores suffisamment grands pour avoir ingéré ces proies sont connus à Bromacker : Dimetrodon, reconnaissable à sa crête dorsale, et un autre synapside carnivore de taille comparable, Tambacarnifex.

La diversité des restes contenus dans ce régurgitalithe suggère un comportement opportuniste, où ces prédateurs ingéraient tout ce qui était à leur portée. De plus, ce régurgitalithe agit comme une véritable capsule temporelle, renfermant les restes de plusieurs animaux ayant vécu exactement à la même période, peut être même au jour près. Ce spécimen nous permet ainsi de vérifier la coexistence réelle de ces trois animaux.

Quelles suites donner à cette recherche ?

Cette étude nous invite à reconsidérer certaines accumulations d’ossements fossiles, parfois interprétées comme des coprolithes ou des dépôts sédimentaires. Elle montre que les régurgitalithes pourraient être plus fréquents qu’on ne le pensait, mais encore largement sous-identifiés.

À l’avenir, la combinaison de scans 3D, d’analyses chimiques et de comparaisons anatomiques détaillées pourrait permettre de reconnaître d’autres vomis fossiles et de mieux relier ces vestiges aux prédateurs à leur origine. Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives pour reconstruire les réseaux trophiques (ensemble des interactions d’ordre alimentaire entre les êtres vivants d’un écosystème, ndlr) anciens et mieux comprendre le fonctionnement des écosystèmes terrestres il y a près de 300 millions d’années.

Tout savoir en trois minutes sur des résultats récents de recherches commentés et contextualisés par les chercheuses et les chercheurs qui les ont menées, c’est le principe de nos « Research Briefs ». Un format à retrouver ici.

Arnaud Rebillard ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.