Sa mission est de cartographier le cosmos pour en dévoiler les mystères. Mais au passage, le satellite Euclid a découvert une quinzaine d’exoplanètes sans étoiles : des planètes errantes. On en connaît peu, mais Euclid et de futurs satellites devraient nous aider à comprendre leur formation.

Lorsque le télescope spatial Euclid de l’Agence spatiale européenne (ESA) a été lancé en 2023, son objectif était d’explorer l’un des plus grands mystères de l’Univers : le côté obscur du cosmos. En cartographiant des milliards de galaxies, Euclid doit aider à révéler la nature de la mystérieuse énergie noire qui serait le moteur de l’évolution du cosmos. Il n’avait pas été conçu pour étudier les régions de formation d’étoiles ni pour traquer des planètes.

Mais quelques mois après son lancement, l’ESA a mis en place le programme d’observations préliminaires d’Euclid (Euclid early release observations, ou ERO). Ce programme vise à démontrer les performances exceptionnelles du télescope à travers une large gamme d’objets astrophysiques, qu’il s’agisse de galaxies et d’amas lointains ou de régions de formation d’étoiles beaucoup plus proches. Cela permet de mettre en lumière la polyvalence et la précision des instruments d’Euclid, et prouver leur valeur bien au-delà de sa mission principale de cosmologie.

Des planètes sans soleil

Par définition, les planètes sont censées orbiter autour d’étoiles. Mais certaines sont solitaires, errant dans l’espace interstellaire sans étoile pour les réchauffer. Ces planètes errantes, comme on les surnomme, sont de véritables orphelines du cosmos. On pense qu’elles peuvent s’être formées comme des mini-étoiles, à partir de l’effondrement de petits nuages de gaz et de poussières.

Une autre hypothèse y voit de vraies planètes, nées autour d’une étoile et ayant été violemment éjectées de leur système d’origine. Les détecter et les étudier permet ainsi aux astronomes de mieux comprendre à la fois la formation des étoiles et la formation et l’évolution précoce (et parfois chaotique) des systèmes planétaires.

Jusqu’à présent, repérer ces corps discrets relevait presque de l’impossible tant la lumière qu’ils émettent est faible. Ils sont aussi très difficiles à distinguer d’autres objets astrophysiques, en particulier de galaxies lointaines. Mais Euclid, grâce à la combinaison unique d’un grand champ de vision, d’une résolution fine et d’une sensibilité allant de la lumière visible à l’infrarouge, a changé la donne.

Euclid prend le Taureau par les cornes

Lorsque l’ESA a proposé à la communauté scientifique de participer au programme ERO, notre équipe a suggéré de pointer Euclid vers une région de formation d’étoiles bien connue : le nuage LDN 1495, au sein de la constellation du Taureau, situé à environ 450 années-lumière. Cette région sombre, où le gaz et la poussière se condensent pour former de jeunes étoiles, est étudiée depuis des décennies, mais ne l’avait jamais été avec la précision et la sensibilité fournie par Euclid.

Les observations d’Euclid ont été combinées à plus de vingt ans d’imagerie au sol accumulée par notre équipe et obtenue avec des télescopes, comme le Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT), Subaru ou UKIRT, tous les trois situés sur le sommet du volcan Mauna Kea dans l’archipel hawaiien (États-Unis). Cette longue période d’observation nous a permis de mesurer les mouvements, les luminosités et les couleurs de centaines de milliers de sources faibles dans ces images.

Parmi elles, 15 objets se distinguent. Leur luminosité, leur couleur et leur mouvement correspondent à ceux attendus pour des objets qui se sont formés dans les nuages moléculaires du Taureau. Ces objets partagent certaines propriétés : étant nés à peu près ensemble, ils sont tous jeunes (quelques millions d’années), situés à une distance similaire (celle des nuages, d’environ 425 à 490 années-lumière) et se déplacent ensemble à la même vitesse et dans la même direction dans le ciel, ayant hérité du mouvement du nuage moléculaire où ils sont nés. Neuf de ces quinze objets sont totalement nouveaux, et parmi les plus faibles et les moins massifs jamais détectés dans cette région.

Certains de ces candidats sont incroyablement petits : d’après leur luminosité extrêmement faible, ils pourraient avoir des masses proches ou légèrement supérieures à celle de Jupiter. C’est bien en dessous du seuil de masse d’une étoile ou même d’une naine brune, un astre plus gros qu’une planète, mais trop petit pour être une étoile. Cela les place donc clairement dans la catégorie des objets de masse planétaire. S’ils sont confirmés, ils compteraient parmi les objets les plus légers jamais détectés de manière directe en dehors d’un système solaire.

Une fenêtre sur les origines cosmiques

Cette découverte est bien plus qu’une curiosité : elle ouvre une fenêtre directe sur la façon dont l’Univers fabrique ses étoiles et ses planètes. Ces mondes solitaires se forment-ils de la même manière que les étoiles, à partir de petits fragments de nuages qui s’effondrent sous l’effet de la gravité ? Ou bien sont-ils les orphelins de systèmes planétaires, expulsés par le chaos gravitationnel de leur famille ?

Chacun de ces deux scénarios a des implications différentes pour notre compréhension des premiers stades de la formation stellaire, mais aussi de la formation des planètes. Dans des régions comme la constellation du Taureau, où la densité d’étoiles est faible et les étoiles massives sont rares, ces objets de masse planétaire pourraient se former directement par effondrement gravitationnel, brouillant encore davantage la frontière entre planète et étoile.

Les résultats de notre équipe suggèrent également que ces planètes errantes pourraient ne pas être si rares. En extrapolant nos résultats à l’ensemble du complexe du Taureau, on peut estimer que des dizaines d’entre elles, encore à découvrir, pourraient exister dans cette région.

Un Univers plein de surprises

Ce travail ne constitue qu’une première étape. Euclid a déjà observé d’autres régions de formation d’étoiles dans le cadre du programme ERO, actuellement en cours d’analyse, et pourrait en observer à nouveau à l’avenir, offrant ainsi des mesures de mouvements encore plus précises et des recensements plus complets.

À moyen terme, le futur télescope spatial Nancy-Grace-Roman, dont le lancement est prévu à l’automne 2026, disposera de capacités similaires et complémentaires en grand champ et en infrarouge. Ensemble, ces télescopes ouvriront une ère nouvelle pour l’étude systématique des objets de très faible masse dans les jeunes régions du cosmos.

Enfin, le James-Webb Space Telescope jouera un rôle clé dans le suivi de ces découvertes, en fournissant les observations spectroscopiques indispensables pour confirmer la nature, la masse et la composition des atmosphères de ces mondes errants. Ces missions dessinent un avenir particulièrement prometteur pour l’exploration des origines des étoiles et des planètes errantes.

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Chaque nouveau grand télescope finit par accomplir des découvertes qu’il n’était pas censé faire. Le télescope spatial Hubble a révolutionné la cosmologie, mais il nous a aussi offert des vues spectaculaires des pouponnières d’étoiles. Aujourd’hui, Euclid, construit pour cartographier le squelette invisible du cosmos, révèle de nouveaux mondes en formation flottant dans l’Univers sans attache et sans étoile. Petits, froids et solitaires, ces mondes vagabonds nous rappellent que la frontière entre planète et étoile est mince et que, même dans l’obscurité entre les étoiles, il reste des histoires à découvrir.

Hervé Bouy est membre senior de l'Institut Universitaire de France. Il a reçu des financements du Conseil européen pour la recherche (ERC) et a été employé à l'Agence spatiale européenne (ESA).

Explorer l’intérieur de nos cellules et leurs compartiments, tout en identifiant chaque protéine pour les cartographier, préciser leurs interactions et déchiffrer de nouveaux mécanismes biologiques… c’est désormais à notre portée grâce au développement de microscopes de super-résolution. Grâce à ces nouvelles techniques, les mitochondries, composants clés des cellules impliqués dans de nombreuses pathologies, révèlent une partie de leurs mystères.

Les mitochondries sont principalement connues pour être les centrales énergétiques de nos cellules, car elles y sont responsables de la production d’énergie et de chaleur. Elles participent également à la synthèse de nombreuses molécules et assurent un contrôle crucial sur la vie et la mort des cellules. Récemment, des microscopes ultrasophistiqués ont permis de mettre à jour l’incroyable vie active des mitochondries, qui se déplacent, fusionnent entre elles et se séparent.

Ces progrès sont cruciaux car les mitochondries sont impliquées dans de nombreuses atteintes neurodégénératives, maladies cardio-vasculaires et cancers. Comprendre comment les mitochondries endommagées contribuent au processus d’une maladie est essentiel pour le développement de traitements.

Les mitochondries, un réseau en reconfiguration perpétuelle

Dans la plupart des cellules et des tissus, les mitochondries ont la forme de tubes, plus ou moins longs. Les mitochondries s’adaptent à la taille et aux besoins énergétiques des cellules, ainsi dans les larges cellules énergivores, il peut y avoir plus de 200 000 mitochondries par cellules tandis que dans d’autres cellules, il y aurait moins de 100 mitochondries. En fonction de l’organe d’origine de la cellule, les mitochondries se répartissent dans la cellule et forment de grands réseaux. Elles changent également sans cesse de formes et leurs attachements avec les autres structures de la cellule.

Dès les années 1950, les données de microscopies électroniques ont révélé la structure de ces petits tubes et précisé leur organisation membranaire. Leur membrane externe est doublée d’une membrane interne, qui s’invagine et forme des poches à l’intérieur des mitochondries. Ces poches sont appelées crêtes et sont le lieu de la synthèse d’énergie.

Pour bien comprendre la fonction des mitochondries, il faut donc s’intéresser à leur structure, leur dynamique et leur distribution. Un axe important de travaux scientifiques porte sur cette relation structure-fonction afin de découvrir de nouveaux moyens de protéger la morphologie mitochondriale et de développer des stratégies thérapeutiques pour lutter contre les maladies mitochondriales ou les atteintes neurodégénératives.

La microscopie de fluorescence, la clé pour le suivi des mitochondries en temps réel

Si la microscopie électronique permet d’obtenir des vues extrêmement détaillées des mitochondries, son utilisation ne permet pas de rendre compte de la complexité de leur organisation au sein des cellules, ni de leur nature dynamique. En effet, ce type de microscopie se limite à des images cellulaires figées dans le temps. C’est ici qu’intervient la microscopie de fluorescence, un domaine en pleine effervescence qui permet de capturer des images ou des vidéos.

La microscopie de fluorescence repose sur le principe d’excitation et d’émission contrôlées de photons, particules composant la lumière, par des molécules présentes dans les cellules. Contrairement aux microscopes à fond clair, qui sont les microscopes les plus simples, comme ceux utilisés en cours de sciences, et où l’image est générée à partir des signaux collectés après le passage de la lumière à travers l’échantillon, les microscopes à fluorescence collectent les signaux lumineux qui proviennent de l’objet biologique lui-même, comme des petites ampoules que l’on allumerait au cœur de la cellule.

Le développement de l’informatique et des capteurs de caméra sensibles et rapides ont également rendu possible le suivi des signaux dans le temps, et la quantification des mouvements de chaque compartiment des mitochondries.

La super-résolution, quand la science éclaire l’invisible

Pour aller plus loin que ces observations déjà fascinantes de réseaux de mitochondries, la microscopie de fluorescence ne suffit pas. En effet, en microscopie optique, les objets plus petits qu’une certaine taille, environ 200-300 nanomètres radialement et 500-700 nanomètres axialement, ne peuvent pas être distingués. En effet, selon un principe physique, la diffraction de la lumière, soit la déviation des rayons lumineux, fait qu’un émetteur unique apparaît comme une tache sur la caméra – on parle de figure de diffraction, et plus précisément ici de « fonction d’étalement du point ».

Cette limitation entrave l’observation précise de structures complexes telles que les mitochondries du fait de leur taille qui est similaire à la limite de diffraction.

La microscopie de fluorescence à super-résolution (microSR) a changé la donne dans le domaine de la recherche biologique depuis les années 2000. Grâce à cette technologie, les scientifiques peuvent pénétrer dans le monde nanoscopique et observer en temps réel les structures complexes et les interactions des composants cellulaires. La microscopie de fluorescence à super-résolution englobe quatre techniques principales, dont l’une a été récompensée par le prix Nobel de chimie en 2014.

Chacune de ces techniques s’attaque à la limite de diffraction d’une manière unique, permettant de séparer des points situés à moins de 200 nanomètres. Cette avancée permet aux chercheurs d’atteindre des résolutions spatiales de quelques nanomètres, dévoilant ainsi les détails les plus fins des structures cellulaires comme jamais auparavant. Restreints il y a encore peu de temps à quelques laboratoires prestigieux dans le monde, ces équipements se démocratisent et se déploient dans les plates-formes de microscopie.

La mitochondrie sous un nouveau jour, dévoilée à l’échelle nanométrique

Nous avons utilisé un type de microscopie de fluorescence à super-résolution, la microscopie de localisation de molécules uniques, qui nous a permis d’identifier les protéines sur les membranes des mitochondries et de les cartographier.

Avec un autre type de microscopie de fluorescence à super-résolution, nous avons visualisé le contour des crêtes, retrouvant ainsi le visuel connu d’une image de microscopie électronique… à ceci près qu’aucun traitement chimique liée à la fixation de l’échantillon n’est venu perturber l’organisation de ces fines membranes et fragiles petites poches. Ceci permet de découvrir la complexité interne des mitochondries et l’hétérogénéité de ses structures, afin de corréler la morphologie des mitochondries à leur activité ou à la présence de défaut génétique.

Ces images donnent accès à deux échelles de temps, c’est-à-dire deux niveaux de cinétique. D’une part, sur quelques minutes durant lesquelles nous pouvons observer, nous voyons que les mitochondries se déplacent, changent de forme, fusionnent entre elles ou se séparent.

D’autre part, toujours avec la microscopie de super résolution, nous pouvons observer sur quelques secondes, toute l’ondulation et le remodelage des structures internes des mitochondries nécessaires à la production d’énergie.

Ainsi, on découvre que les mitochondries ne sont pas de simples centrales énergétiques cellulaires mais des organites dynamiques possédant de nombreuses particularités nanoscopiques. La microscopie de super résolution permet d’envisager une meilleure compréhension de comment les mitochondries endommagées contribuent au processus de nombreuses maladies, ce qui est essentiel pour le développement de traitements.

Arnaud Chevrollier a reçu des financements de l'Université d'Angers, AFM-téléthon

Pauline Teixeira et Solenn Plouzennec ne travaillent pas, ne conseillent pas, ne possèdent pas de parts, ne reçoivent pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'ont déclaré aucune autre affiliation que leur poste universitaire.

Longtemps présenté comme un exemple spectaculaire d’adaptation rapide à l’urbanisation, le « moustique du métro de Londres » n’est en réalité pas né dans les tunnels londoniens, comme on le pensait jusqu’ici. Une nouvelle étude retrace ses origines et montre qu’elles sont bien plus anciennes que ce que l’on imaginait. Elles remonteraient à plus de mille ans, en lien avec le développement des sociétés agricoles.

Et si le « moustique du métro de Londres », surtout connu pour ses piqûres sur les populations réfugiées à Londres dans les sous-sols de la ville pendant la Seconde Guerre mondiale, n’était en réalité pas né dans les tunnels londoniens ? C’est ce que révèle une étude que nous avons récemment publiée avec des collègues.

Nos résultats montrent que les caractéristiques « urbaines » de ce moustique, que l’on pensait s’être adapté à la vie souterraine il y a un peu plus d’un siècle, remontent en fait à plus de mille ans.

Le moustique Culex pipiens molestus, qui diffère de son cousin Culex pipiens pipiens dans la mesure où le premier pique surtout des humains, et le second surtout des oiseaux, est probablement né dans la vallée du Nil ou au Moyen-Orient, en lien avec le développement des premières sociétés agricoles humaines.

À lire aussi : Combien de temps un moustique peut-il survivre sans piquer un humain ?

Le « moustique du métro de Londres » n’est pas né dans le métro

Cette découverte jette une lumière nouvelle sur l’évolution des moustiques. Depuis plusieurs décennies, une hypothèse présentait en effet le moustique commun (Culex pipiens) comme un exemple spectaculaire d’adaptation rapide à l’urbanisation.

Selon cette théorie, une forme particulière de ce moustique, appelée Culex pipiens molestus, se serait adaptée à la vie urbaine en un peu plus de cent ans seulement, à partir de sa forme jumelle Culex pipiens pipiens. Là où celle-ci préfère piquer les oiseaux, s’accoupler dans des espaces ouverts et « hiberner » pendant l’hiver, la forme molestus aurait évolué en une forme quasi distincte, capable de vivre dans les souterrains et de piquer l’humain et d’autres mammifères, de s’accoupler dans des souterrains et de rester actif toute l’année.

Cette adaptation spectaculaire du « moustique du métro de Londres » était devenue un cas d’école, figurant dans de nombreux manuels d’écologie et d’évolution. L’idée sous-jacente était que l’urbanisation des villes pouvait sélectionner à grande vitesse de nouvelles espèces et en quelque sorte « accélérer » l’évolution.

Mais notre étude vient montrer que cette belle histoire, aussi séduisante soit-elle, est fausse.

Un moustique urbain… né bien avant les villes modernes

Notre consortium international de chercheurs PipPop a ainsi publié dans la revue Science une étude qui démystifie cette hypothèse. En séquençant le génome de plus de 350 moustiques, contemporains et historiques, issus de 77 populations d’Europe, d’Afrique du Nord et d’Asie occidentale, nous avons reconstitué leur histoire évolutive.

En définitive, les caractéristiques qui font de Culex pipiens molestus un moustique si adapté à la vie urbaine ne sont pas apparues dans le métro londonien, mais bien plus tôt, il y a plus de mille ans, vraisemblablement dans la vallée du Nil ou au Moyen-Orient. Ce résultat remet en question ce qui était considéré comme un exemple clé de l’évolution urbaine rapide. Au final, il s’agirait d’une adaptation plus lente, associée au développement de sociétés humaines anciennes.

Autrement dit, ce moustique était déjà « urbain » (au sens : étroitement associé aux humains) bien avant l’ère industrielle. Les premières sociétés agricoles, avec leurs villages denses, leurs systèmes d’irrigation et leurs réserves d’eau, lui ont offert un terrain de jeu idéal pour son adaptation.

À lire aussi : Comment les moustiques nous piquent (et les conséquences)

Un acteur clé des épidémies modernes

Le moustique Culex pipiens n’est pas juste une curiosité scientifique : il joue un rôle majeur dans la transmission de virus comme ceux du Nil occidental ou d’Usutu. Ces derniers circulent surtout chez les oiseaux mais peuvent aussi être transmis aux humains et aux mammifères.

La forme Culex pipiens pipiens, qui pique les oiseaux, est principalement responsable de la transmission du virus dans l’avifaune, tandis que Culex pipiens molestus est vu comme responsable de la transmission aux humains et aux mammifères.

Lorsque les deux se croisent et s’hybrident, ils pourraient donner naissance à des moustiques au régime mixte, capables de « faire le pont » entre oiseaux et humains et de nous transmettre des virus dits zoonotiques.

De fait, nos analyses confirment que les deux formes s’hybrident davantage dans les villes densément peuplées, augmentant le risque de transmission de ces virus. Autrement dit la densité humaine augmente les occasions de rencontre entre les deux formes de moustiques – et potentiellement la probabilité de produire des moustiques capables de piquer à la fois les oiseaux et les humains.

Comprendre quand et où ces deux formes se croisent et comment leurs gènes se mélangent est donc crucial pour anticiper les risques d’épidémie.

Repenser l’adaptation urbaine

L’histoire du « moustique du métro de Londres » a eu un immense succès parce qu’elle incarne en une image frappante tout ce que l’on redoute et admire dans l’adaptation rapide des espèces à nos environnements. Par exemple, une adaptation très rapide face à l’augmentation de la pollution et de l’artificialisation des habitats, souvent mobilisée dans les imaginaires, de science-fiction en particulier.

Mais la réalité est tout autre : les moustiques de nos villes modernes ne sont pas une nouveauté née dans le métro londonien. En revanche, le développement urbain a offert une nouvelle scène à un acteur déjà préparé par des millénaires de cohabitation avec les humains dans les premières sociétés agricoles du Moyen-Orient et de la Méditerranée. Le fruit de cette évolution a ensuite pu être « recyclé » dans les villes contemporaines.

On parle alors d’ « exaptation », c’est-à-dire qu’un trait préexistant dans un contexte donné (ici les premières villes du Moyen-Orient) devient avantageux dans un autre contexte (les villes du nord de l’Europe). Les circuits sensoriels et métaboliques qui pilotent la recherche d’hôtes à piquer, la prise de repas sanguin et la reproduction avaient déjà été remodelés par l’histoire ancienne des sociétés agricoles de la Méditerranée et du Moyen-Orient, avant d’être « réutilisés » dans le contexte urbain moderne au nord de l’Europe.

Nos systèmes d’irrigation antiques, nos premières villes et nos habitudes de stockage de l’eau ont donc posé les bases génétiques qui permettent aujourd’hui à certains moustiques de prospérer dans les galeries de métro ou les sous-sols d’immeubles de nos grandes villes.

Cette découverte change la donne. En retraçant l’histoire de la forme urbaine du moustique commun Culex pipiens, l’étude invite à changer de regard sur l’évolution urbaine : ce n’est pas seulement une adaptation rapide déclenchée par l’urbanisation intensive des villes, mais un long processus qui relie notre développement technique et social et celle des autres espèces.

Comprendre ces dynamiques est crucial : non seulement pour la science, mais aussi pour anticiper les risques sanitaires et mieux cohabiter avec les autres espèces. Et vous, saviez-vous que le moustique qui vous pique la nuit avait une histoire évolutive aussi ancienne ?

Haoues Alout a reçu des financements de l'ANR et de l'ANSES ainsi que de l'Union Européenne.