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Jean-Marc TENENHAUS

Ostéopathe EurOst. D. O.

LA TERRE DE NOS ANCÊTRES

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La Terre, berceau de l’Humanité ? Quid des autres organismes vivants qui nous entourent ?

La Terre berceau de la Vie alors ? Pas davantage, seulement hôte involontaire des formes de vie que nous connaissons pour le moment. Le foisonnement du vivant qui nous entoure nous paraît tellement évident que nous oublions de considérer au quotidien les contraintes imposées par notre planète elle-même. Pour que notre regard commence à se modifier, il aura fallu cette prise de conscience encore vagissante du réchauffement climatique.

La Terre impose son propre rythme à l’apparition, le développement puis la disparition de nombreuses espèces. Notre planète a connu plusieurs épisodes d’extinctions massives au cours desquels au moins 75% des espèces animales et végétales ont disparu des océans et des terres émergées (Raup & Sepkoski, 1982; Bond, et al., 2015).

Des hypothèses extra planétaires sont évoquées pour certaines d’entre elles. Un impact météoritique géant, laissant le cratère de Chicxulub, Mexique comme vestige, est associé à l’extinction, rendue célèbre par la disparition des dinosaures, du Crétacé-Tertiaire vers -66 millions d’années (Brusatte, et al., 2015), le cratère de Manicouagan, Canada à celle du Trias-Jurassique (-201 Ma), le cratère de Siljan, Suède à l’extinction du Dévonien (-375-360 Ma), et une intense bouffée galactique de rayonnements gamma aurait provoqué celle de l’Ordovicien-Silurien il y a – 450-440 millions d’années (Melott, et al., 2004).

Des causes planétaires sont souvent évoquées dans la genèse des extinctions massives. D’ailleurs, l’extinction du Crétacé-Tertiaire est également reliée à des éruptions volcaniques — Trapps1  du Deccan (Courtillot & Renne, 2003; Chenet, et al., 2009) — et, comme celle de l’Ordovicien-Silurien, à un brusque refroidissement climatique global (Li & Keller, 1998; Barrera & Savin, 1999; Huber, et al., 2002; Wilf, et al., 2003; Tobin, et al., 2012; Sheehan, 2001) accompagné d’une baisse du niveau des mers (Miller, et al., 2005).

Des paroxysmes volcaniques intenses et durables attestés par les immenses trapps sibériens (environ 1,5 million de Km2 de surface) seraient à l’origine de l’extinction du Permien-Trias (-252 Ma) où près de 95% des espèces disparurent. (Benton & Twitchett, 2003), tout comme celle du Trias-Jurassique lors de l’émergence de la province magmatique centrale de l’Atlantique (Lucas & Tanner, 2004; Blackburn, et al., 2013).

Les variations de la composition chimique de notre atmosphère seraient, par la brusque montée du taux d’oxygène due au développement de la photosynthèse par des cyanobactéries, responsables de la « Grande Oxydation » il y a -2,4 Milliards d’années (Anbar, et al., 2007) ; alors qu’a contrario les extinctions du Cambrien (-500-488 Ma), du Dévonien2  et du Permien Moyen (-262Ma) seraient expliquées par une anoxie des océans liée à l’apparition d’un couvert végétal important sur les continents (Bond & Wignall, 2008; Algeo, et al., 1995) ou une ère glaciaire.

À ces crises majeures, il convient d’ajouter une multitude de crises biologiques de moindre intensité sur un fond de variations climatiques globales en relation avec les inversions du champ magnétique terrestre, l’oscillation de l’axe de rotation de la planète sur elle-même, ou les variations de son orbite autour du Soleil. Il est aujourd’hui admis qu’une espèce perdure durant 5 à 10 Ma et que 20 à 25% d’entre elles disparaissent chaque million d’années (De Vos, et al., 2015; Raup & Sepkoski, 1984). La Terre n’est pas immuable, nous non plus…

 

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 Figure 1 : Principales fluctuations climatiques et atmosphériques sur Terre et leurs rapports avec la biodiversité, le volcanisme et les impacts météoritiques. (Spiridon Manoliu et Monica Rotaru, Domaine public, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:CourbesMonica.jpg, 2016).

 

I. ÉVOLUTION ET CRISES BIOLOGIQUES

À seule fin de perdurer, la Vie a dû réussir à maîtriser les agents destructeurs principaux de ces crises majeures avant de reconstruire sa biodiversité.

La vie n’est pas suicidaire contrairement à l’hypothèse Médée posée par Ward (Ward, 2009), ni la Terre un système physiologique dynamique qui inclut la biosphère et maintient notre planète depuis plus de trois milliards d'années en harmonie avec la vie comme le pose l’hypothèse Gaïa (Lovelock, et al., 2010), mais un système en recherche d’une adéquation permanente en fonction des ressources mises à disposition par la planète (selon un cycle qui lui est propre), et des modifications que la biosphère impose à cette dernière. Il semblerait que la planète connaisse un cycle d’extinctions tous les 26 Ma (Raup & Sepkoski, 1984) ou 62 Ma (Rohde & Muller, 2005) dont l’origine reste à déterminer.

La première des crises biologiques est l’apparition de la Vie elle-même. Cet événement majeur dans l’histoire de notre planète n’aurait pu avoir lieu sans la conjonction d’un grand nombre de paramètres comme la masse et la composition de notre planète, sa température, sa vitesse de rotation, son degré d’exposition aux radiations de toutes sortes (planétaire par la radioactivité naturelle des sols ou particules ionisées issues de son environnement galactique) fonction en partie de son champ magnétique, mais aussi de son atmosphère à la composition et la température elles aussi particulières. Sans compter les autres facteurs qui nous sont encore inconnus…

La biosphère ancestrale, composée majoritairement de bactéries anaérobies utilisant le cycle du soufre deviendra principalement aérobie après la « Grande Oxydation » induite par l’explosion des cyanobactéries maîtrisant la photosynthèse. L’oxygène produit lors de cette dernière se retrouve lié à des atomes de fer, de calcium et à des molécules de méthane avant de voir son taux augmenter dans l’atmosphère. Il s’ensuivra l’une des plus grandes glaciations connues de l’histoire de la Terre, la glaciation huronienne. Cette seconde crise biologique (mais la première au sens strict) connue est donc une crise des déchets métaboliques polluants produits par la Vie elle-même.

C’est également à cette période qu’émergent les premiers organismes eucaryotes (Brocks, et al., 1999; El Albani, et al., 2010), c’est-à-dire dotés d’une membrane supplémentaire protégeant l’ADN cellulaire de phénomènes oxydatifs, et des premières inclusions mitochondriales (Yang, et al., 1985). Aujourd’hui encore, le fer, les réactions de sulfoconjugaison et d’oxydoréduction sont à la base de notre métabolisme (en particulier respiratoire et hépatique).

Cette brusque montée du taux d’oxygène dans l’atmosphère permettra également l’émergence de la couche d’ozone qui nous protège de rayonnements ionisants. Ceci suppose donc qu’avant son apparition, les organismes vivants aient réussi à mettre au point des stratégies visant à percevoir, puis à se protéger de ces rayonnements. Notre capacité à percevoir des différences de luminosité, des modifications de températures cutanées en fonction de l’exposition (sensation fruste et indifférenciée de bien-être ou inversement de peau « qui pique » ou « qui brûle »), la production de mélatonine, sont autant de témoignages de ce passé lointain.

L’émergence des continents débutée vers -3,2 milliards d’années (Vaalbara, puis Ur, Kenorland) achève un premier cycle avec Columbia, le premier supercontinent (Mertanen & Pesonen, 2012; Pesonen, et al., 2012; Rogers & Santosh, 2003). Il y a multiplication de zones lacustres, riches en pyrite, et autres catalyseurs et nutriments, favorables à la naissance de biofilms, ancêtres des organismes pluricellulaires (Zhuravlev & Riding, 2001). Les premiers organismes multicellulaires apparaissent vers -2,1 milliards d’années — strates fossiles du Gabon, (El Albani, et al., 2010) — pour donner naissance dans un premier temps à ce qu’il est convenu d’appeler la faune de l’Ediacarien puis aux premiers organismes chordés. La bio diversification atteindra un premier paroxysme lors de l’explosion cambrienne vers -500 Ma (fossiles des schistes de Burgess).

Mais la Vie modifie son environnement, tout processus métabolique produit des déchets… Les carbonates et silicates sont fixés dans les exosquelettes. L’expansion cambrienne provoque une augmentation des taux de sulfates, phosphates et nitrates ainsi qu’une anoxie dans les océans (Gill, et al., 2007; Brasier, 1992) jusqu’à atteindre des niveaux toxiques. Environ 85% des espèces disparaissent…

Lors de l’extinction du Cambrien, la vie apprend à gérer un nouveau type de déchet métabolique à base azotée en mettant en place des systèmes élaborés de filtration et d’épuration. La reproduction sexuée (apparue il y a environ 1 milliard d’années) se généralise. La vie se reconstruit une nouvelle fois, essentiellement au travers des invertébrés, durant tout l’Ordovicien. Quelques formes de vie végétales tentent timidement une percée sur les terres émergées (Servais, et al., 2009).

Lors de cette période, le supercontinent de l’époque (le Gondwana) migre progressivement vers le pôle Sud où il se charge de glaciers géants. Il s’ensuit un brusque refroidissement global du climat et une baisse du niveau des mers accompagnés d’un phénomène anoxique global alors que la biosphère est déjà fragilisée provoquant l’extinction massive de l’Ordovicien-Silurien (Li & Keller, Barrera & Savin, Huber, et al., Wilf, et al., Tobin, et al., Sheehan, Miller, et al., Op. Cit.).

Lors de la période suivante (le Silurien), dès la fin de cette brève ère glaciaire, la vie profite de l’abondance de nouvelles terres émergées riches en sédiments et en substances nutritives pour partir à la conquête de cet espace au rythme lent des gastéropodes. La terre voit apparaître les premières plantes ligneuses (prêles, fougères) puis les premiers arbres. L’augmentation de la température globale de la planète induit une hausse du niveau des mers, donc par voie de conséquence une diminution de la superficie des terres émergées. En réaction, la flore invente les plantes à graines (dissémination et colonisation rapide) et voit l’apparition des premiers vertébrés terrestres (augmentation de la vitesse de locomotion). Cette période correspond également à l’acquisition de la respiration aérienne. De nombreux petits arthropodes présents en cette fin de période participent au recyclage de la matière organique en se nourrissant des premières plantes terrestres et contribuent à la formation des premiers sols (Dubuisson, et al., 2016).

Vers la fin du Dévonien, plusieurs météorites géantes frappent successivement la Terre entre -380 et -370 Ma (un clignement de paupière à l’échelle des temps géologiques), comme en témoigne les cratères de Siljan en Suède d’un diamètre de 52 km, Alamo (44-65 km), Flynn Creek (4 km), et Amönau. (Morrow & Sandberg, 2005; Sandberg, et al., 2000a; 2000b), sans compter ceux dont les vestiges ont disparu. Pris isolément, aucun de ces impacts ne serait suffisant pour provoquer l’extinction massive constatée à la fin du Dévonien (Lethiers, 1999), mais l’effet cumulatif et un volcanisme intense attesté par les trapps de Viluy en Russie (Bond & Wignall, 2014) déclenchèrent l’événement sur fond d’anoxie marine une nouvelle fois. La vie sur Terre n’est décidément pas un long fleuve tranquille, et y survivre n’a rien d’une sinécure…

Le morcellement du Gondwana aboutit à la formation de la Pangée en zone équatoriale. Le couvert végétal se développe et gagne en hauteur. Le processus de photosynthèse s’accompagne d’une montée du taux atmosphérique de l’oxygène — jusqu’à 31 % — (Berner, 1999) favorable à l’apparition d’insectes géants. Le climat chaud et humide favorise la diversification des reptiles. Le taux de CO2 atmosphérique diminue progressivement, et malgré une période glaciaire intermédiaire, la biodiversité reste stable jusqu’à l’extinction catastrophique à la jonction Permien-Trias.

La période glaciaire (fin du Carbonifère vers -300 Ma) correspond à l’apparition d’un chromosome proto-Y chez les reptiles mammaliens à partir d’une mutation du gène SOX3 (déterminant pour le développement des gonades) qui deviendra SRY. Cette mutation a pu être favorisée par un stress oxydatif important (taux O2 très élevé) en présence de fer (superoxyde dismutase ferrique) et d’un déficit en thiosulfates (Hanson & Tabita, 2003). Alors que chez la plupart des reptiles et animaux à sang-froid, le sexe de l’embryon dépend des conditions de températures extérieures, et/ou de la taille de l’individu (Pieau, 1996; Reed, et al., 2013), parfois de la position du vitellus dans l’œuf (Radder, et al., 2009), la détermination sexuée et le ratio mâle/femelle dans une population s’affranchit des conditions atmosphériques ce qui augmente les chances de reproduction d’une espèce dans un environnement climatique mouvant.

Le protochromosome Y va continuer à évoluer indépendamment de son homologue féminin en s’amenuisant. Vers –180 Ma, devenus trop différents les chromosomes X et Y cessent de se recombiner chez les mammifères placentaires, et Y se stabilise vers -25 Ma en ayant perdu environ 97% de ses gènes ancestraux (Bachtrog, 2013). Cette période glaciaire marque également le début de la thermorégulation par l’adoption de voiles dorsales ou d’une fourrure. Vers la fin du Permien, certains de ces reptiles auront acquis une véritable homéostasie. La température corporelle devient indépendante des conditions climatiques extérieures.

L’extinction du Permien-Trias semble avoir été déclenchée par un impact météoritique géant comme en témoigne le cratère de la Terre de Wilkes en Antarctique d’un diamètre d’environ 500km. Ses découvreurs associent cet impact avec les éruptions volcaniques des trapps sibériens (von Frese, et al., 2009). Ces événements, outre les panaches de cendres, se sont accompagnés de brusques bouffées de méthane et de sulfures (Retallack, et al., 2006). Environ 95% des espèces marines et 70% des espèces terrestres furent anéanties…

À peine une cinquantaine de millions d’années plus tard, juste le temps de voir apparaître les premiers mammifères ovipares et les premiers dinosaures, le cratère du Manicouagan (environ 100 km de diamètre) au Canada marque l’extinction du Trias-Jurassique.

Durant le Jurassique, sous un climat favorable et dans un contexte de dislocation de la Pangée, on voit apparaître les premières plantes à fleurs, les premiers oiseaux et les premiers mammifères marsupiaux peu de temps après une nouvelle collision (cratère de Puchezh-Katunki en Russie, 80 km). Les processus de colonisation, dispersion et migration rapide en réponse à une modification brusque de l’environnement arrivent à maturité.

Bien que la planète subisse encore des impacts notables par la suite (cratères de Morokweng en Afrique du Sud, 70 km ; Tookoonooka en Australie, 55 km ; Kara en Russie, 120 km), la biodiversité s’accroît régulièrement sans marquer le pas. Les réponses biologiques mises en place lors des processus de sélection naturelle précédents semblent en mesure de faire face à ces causes extraplanétaires d’extinctions. Une forme de course au gigantisme semble même s’installer dans les différents règnes du vivant, à l’exception notable des mammifères qui inventent la reproduction placentaire pour survivre.

Vers la fin du Crétacé, une météorite d’environ 10 km de diamètre entre en collision avec notre planète (cratère de Chicxulub au Mexique, 180 km). L’ampleur des bouleversements environnementaux provoqués par l’impact dépasse une nouvelle fois les capacités d’adaptation du vivant engagé dans une course à la démesure. L’extinction massive qui suivit marque la fin de la domination des reptiles géants il y a -66 Ma. L’ère des mammifères, des primates puis de l’Homme commence…

II. ÉQUILIBRE GRAVITATIONNEL

De nombreuses adaptations biologiques et métaboliques nécessaires à la survie des organismes vivants au décours des nombreuses crises traversées depuis l’apparition de la vie sur Terre conditionnent le comportement physiologique de l’être humain actuel. Quant est-il des contraintes géophysiques que nous percevons comme constantes à l’échelle de notre vie ? La force gravitationnelle, l’effet centrifuge ou Coriolis, le champ magnétique terrestre et l’alternance jour-nuit ont-ils eu une influence sur notre évolution ? Si oui, jusqu’à quel point ?

Des influences méconnues que la science, désireuse de se distancier de l’astrologie et échaudée par la farce de Moore en 19763 , commence à interroger depuis peu (un peu plus d’une décennie) qui semblent s’avérer primordiales dans le processus de sélection naturelle dont nous sommes l’un des produits. « […] La vie organique, y compris la vie humaine, est et a été reliée à des forces invisibles (non-photoniques), dans ce vaste univers par des chemins surprenants. […] » (Halberg, et al., 2004)

Les progrès récents en biologie moléculaire ont montré que, pour tous les organismes vivants utilisant la reproduction sexuée, le développement embryonnaire se réalise autour de deux axes organisateurs fondamentaux ventro-dorsal et céphalo-caudal mis en place dès la fécondation (Wolpert, et al., 1999).

Sous l’action de la gravitation, dès que le contenu d’un spermatozoïde pénètre la membrane d’un ovule, il se crée un axe vertical avec apparition au pôle inférieur de l’ovule d’une densification : le centre de Nieuwkoop. Cet axe sera responsable du développement dorso-ventral de l’embryon.

Immédiatement après la création de cet axe, sous l’action de la décharge calcique qui ferme les pores de l’ovule, œuf fécondé effectue une rotation antihoraire d’environ 30°. À la suite de cette rotation, il se crée un second axe se terminant par l’Organisateur de Spemann responsable du développement céphalo-caudal de l’embryon.

 

Figure 2 : Mise en place des axes de développement embryonnaire. La gravitation met en place l’axe dorso-ventral au travers de l’apparition du Centre de Nieuwkoop (CN). La rotation de l’œuf de 30° met en place l’axe céphalo-caudal au travers de l’apparition de l’Organisateur de Spemann (OS). Ces deux axes définissent implicitement l’axe Droite-Gauche.

En jaune : Vitellus lourd (protéines nutritives sériées par poids moléculaires par sédimentation).

Suite à la 1re division, les cellules filles sont légèrement différentes dans leur répartition du vitellus et centre organisateur.

 

Cette rotation n’est pas encore expliquée. Toutefois, cette dépolarisation  membranaire implique au niveau cellulaire un champ électromagnétique du fait de la décharge calcique post-fécondation. Il est donc possible de poser l’hypothèse que cette rotation soit conditionnée par le champ magnétique terrestre. Le développement anormal d’embryons soumis à des conditions hypomagnétiques (Trukhanov, et al., 2014) alors qu’un champ magnétique intense ne perturbe pas les premières divisions cellulaires (Eguchi, et al., 2006) vient renforcer cette hypothèse. Cependant, lorsque l’intensité de ce champ magnétique est maintenue durant l’embryogenèse, des malformations fœtales et vasculaires souvent létales apparaissent (Bekhite, et al., 2016). L’expérimentation menée par Eguchi, et al., montre également qu’une exposition à un champ de gravité supérieur à celui régnant sur notre planète vient modifier le plan de clivage de la troisième division cellulaire, donc par voie de conséquence la suite du développement embryonnaire.

La création des axes embryonnaires impliquant la gravitation et le champ magnétique, il n’est pas besoin d’avoir recours à un codage génétique pour les voir apparaître. Mais, la vie telle que nous la connaissons, et en particulier les mécanismes de reproduction, nécessite que ces deux paramètres ne fluctuent que dans une faible mesure.

Ces deux axes induisent la formation d’un troisième axe : l’axe Droite-Gauche. Alors que les inversions céphalo-caudales et dorso-ventrales sont létales, les inversions dextro-senestres sont compatibles avec la vie : ce sont les Situs Inversus partiels ou totaux.

A. GRAVITATION

Sur notre planète, les organismes vivants sont biologiquement en adéquation avec un certain degré de gravitation, de rayonnements ionisants, et un certain nombre de rythmes circadiens, géologiques et planétaires. Quelles sont les conditions qui ont présidé à l’apparition de la bipédie ? Où celle-ci a-t-elle eu lieu ? Y avait-il concordance entre le continent africain, des puits de faible gravité et l’apparition de la bipédie ? Quelle est l’influence de l’effet centrifuge ou de celui de Coriolis sur notre évolution ?

Contrairement à une idée largement répandue encore aujourd’hui, la force de gravité n’est pas constante sur notre planète, même si cette dernière nous apparaît parfaitement sphérique vue de l’espace. La Terre, issue d’agrégations et de collisions multiples est très hétérogène dans sa composition et sa densité, tant au niveau de son noyau que de sa surface. Les missions GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) de la NASA depuis 2002 et GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer) de l’ESA en 2009 ont permis de redéfinir la vision de gravité à la surface de la Terre en introduisant la notion de géoïde terrestre.

 

Figure 3 : Géoïde terrestre (forme de la Terre ramenée à une gravité uniforme à sa surface). Source ESA : 2009.

 

La force de gravité que nous ressentons est une combinaison de la force d’attraction de la Terre et de la force centrifuge exercée par sa rotation. La résultante n’est donc pas identique en tous points du globe, globalement plus faible à l’équateur (force centrifuge maximale) et plus élevée aux pôles (force centrifuge nulle). La force d’attraction dépend de l’altitude, mais également de la densité de la colonne se situant sous nos pieds jusqu’au centre de la planète. Les fluctuations dans le temps du noyau, visqueux et dense, induisent des variations d’intensité de la force gravitationnelle à la surface de la croûte terrestre (Mandea, et al., 2012; Stevenson, 2012). La force de marée due à la Lune et au Soleil vient influencer l’attraction terrestre en fonction des saisons, de l’heure et de la latitude. La teneur en eau des sols, variable en fonction des conditions climatiques entraîne des modifications mensuelles localisées de l’intensité de l’attraction terrestre (Moore, et al., 2006; Wouters, et al., 2014). La force de gravité, enseignée comme égale à 9,81 ms-2 dans tous les manuels, est donc en réalité loin d’être une constante…

La gravité est ainsi comprise, à l’heure actuelle, entre 9.76392 m s-2 à Huascarán, Pérou et 9.83366 m s-2 en Mer Arctique (Hirt, et al., 2013) soit environ 1% de variation. Ceci peut paraître dérisoire, pourtant bien que notre espèce ait, aujourd’hui, parfaitement adapté le rapport à la pesanteur lors de l’acquisition de la bipédie dans l’enfance, de faibles variations du champ gravitationnel entraînent une imprécision centimétrique du mouvement (Lackner & DiZio, 1998).

L’accès, grâce à l’essor technologique, à la microgravité — qualifiée d’apesanteur par abus de langage, mais qui n’est qu’un état d’équilibre entre différentes forces d’attraction— met en évidence un ensemble de perturbations physiologiques qui sont autant de témoignages de notre profonde adéquation avec notre milieu. Ainsi, l’angle du regard par rapport à l’horizontale passe de 10° à 15°, les sens de l’équilibre et de l’orientation sont perturbés, la masse sanguine se redistribue au profit de la partie supérieure du corps, le rachis s’étire et gagne jusqu’à 3 cm de longueur, le ventricule cardiaque gauche se rétracte d’environ 10%, le foie modifie son métabolisme (en particulier aux substances pharmaceutiques), la musculature s’atrophie, les os perdent leur charge minérale (en particulier calcium, potassium et sodium), la corne de la plante des pieds disparaît, le nombre de globules rouges chute, et les rythmes circadiens se trouvent perturbés.

L’apparition de la bipédie remonte à au moins 6 millions d’années comme l’atteste les restes fossiles de Sahelanthropus tchadensis, et peut-être même à 15 Ma selon la théorie de la bipédie initiale. À cette époque, la rotation de la Terre était supérieure à celle que nous lui connaissons aujourd’hui, ce qui implique que l’effet centrifuge était plus important qu’actuellement, mais qu’en contrepartie la force de gravité ressentie était moindre. Autre facteur influant la gravité, la Lune était plus proche de notre planète (Hide & Dickey, 1991). Les faibles variations de gravité constatées sur la surface du globe donc ont pu faire la différence en termes de fréquence de chutes dans la survie d’un organisme encore mal adapté fonctionnellement, à l’intégration psychomotrice de la marche plus fruste qu’actuellement.

L’apprentissage de la marche ne s’effectue pas sans risques, et l’amortissement des chutes est une nécessité vitale pour nos ancêtres. Encore actuellement, les principaux caractères de la bipédie ne sont atteints qu’à partir de l’âge de 7 ans (Crubezy, et al., 2002), et l’équilibre postural médiocre avant 8 ans (Schärli, et al., 2013). La rigidification du bassin est due essentiellement à l’augmentation des contraintes mécaniques liées à l’accroissement en taille et en poids de l’enfant. Une étude (Ko, et al., 2010 ) a démontré qu’un I.M.C. (Indice de Masse Corporelle) supérieur à la normale diminue l’efficacité énergétique de la marche et augmente les contraintes en particulier au niveau de la ceinture pelvienne et de l’articulation coxo-fémorale.

 

Figure 4 : Carte gravimétrique de l'Afrique avec les sites fossiles (ronds noirs) et les sites rupestres (cercles rouges). Source Bureau gravimétrique international. Bien que le recueil de données soit perturbé et rendu incomplet par les conditions géopolitiques locales, les plus anciennes traces d’occupation humaine semblent en relation avec des zones de faible gravité.

 

 

Lorsque l’on compare les cartographies des anomalies gravitationnelles publiées par le Bureau Gravimétrique International, la NASA ou l’ESA avec la localisation des découvertes fossiles et le schéma présomptif des migrations ayant présidées à l’histoire de l’humanité —construit à partir d’analyses génétiques du chromosome Y et de l’ADN mitochondrial féminin — (Forster, 2004; Underhill, et al., 2001; Zietkiewicz, et al., 2003), les données semblent se superposer dans l’espace comme dans le temps.

Les flux migratoires successifs étagés dans le temps suivent des couloirs de moindre gravité dans un premier temps en Afrique pour coloniser ensuite par étapes des zones géographiques isomorphes à pesanteur croissante. Coïncidence ? Mise en parallèle de faits sans rapports les uns avec les autres ? En l’absence d’études sur cette hypothèse, peut-être. Mais coïncidence troublante néanmoins d’autant que la simple expansion démographique, les obstacles géographiques, les variations climatiques des calottes glaciaires et du niveau des océans ne suffisent pas à eux seuls à expliquer le schéma particulier de la dispersion humaine dans le temps.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 5 : Correspondance entre les flux migratoires préhistoriques présomptifs en fonction du temps selon les données génétiques tirées du chromosome Y et de l’ADN mitochondrial et une cartographie des anomalies gravitationnelles réalisée par le Bureau Gravimétrique International.

 

La migration par voie maritime en direction de l’Australie vers -50 000 ans qui semble contradictoire avec les données gravimétriques terrestres rend compte de l’existence d’un puits de faible gravité situé au sud de l’Inde actuelle, au milieu de l’océan Pacifique.

 

Figure 6 : Détail de la carte gravimétrique des océans montrant le point gravimétrique bas pacifique et le trajet migratoire présomptif. (source : Bureau gravimétrique international, http://bgi.obs-mip.fr/fr/data-products/Grids-and-models/wgm2012)

 

La distinction haut-bas, monter ou descendre nous semble évidente pourtant elle implique une capacité à ressentir et à intégrer l’attraction terrestre et les imprécisions de mouvement engendrées par l’effet Coriolis. La précision de nos gestes et de notre posture, l’appréciation de la verticalité dépendent de la qualité des informations fournies par notre appareil vestibulaire, notre proprioception et notre extéroception (Ceyte, 2006), mais aussi par l’ensemble des barocepteurs présents dans notre organisme au niveau des parois des vaisseaux, des sutures crâniennes, de la peau et par la perception de la dynamique de la masse gastro-intestinale (von Gierke & Parker, 1994).

La graviception possède deux entrées médullaires distinctes. La première parvient au cerveau par l’intermédiaire d’informations entrant dans la moelle spinale au niveau du 6e segment cervical, transitant soit par le nerf phrénique soit par le nerf pneumogastrique. Le rôle inertiel de la masse sanguine contenue dans les gros vaisseaux du corps est évoqué. La seconde parvient à la moelle par l’intermédiaire du 11e segment thoracique. Cette information est abolie après néphrectomie bilatérale ce qui implique un rôle important, bien qu’encore incompris, des reins dans la perception (Mittelstaedt, 1996). La partie postéro-latérale du thalamus est utilisée dans l’intégration des composantes somesthésiques et vestibulaires de la graviception (Barra, et al., 2010).

 

 

Figure 7 : À droite, schéma de fonctionnement du néphron, unité de base fonctionnelle du rein. L’urine excrétée au niveau du glomérule est ensuite concentrée et modifiée dans sa composition au niveau des tubes contournés et de l’anse de Henlé.

Le potassium (K+) est réabsorbé dans un premier temps dans la zone située après la partie ascendante de l’anse de Henlé avant d’être excrété dans une moindre mesure au niveau de la zone terminale du tube contourné distal. Les ions calcium (Ca++) suivent une dynamique similaire en étant excrétés au niveau du tube contourné distal et réabsorbés au niveau du canal excréteur.

À gauche, les néphrons (non figurés à l’échelle) sont positionnés dans les trois plans de l’espace au sein du parenchyme rénal. Ils sont donc, conjointement, susceptibles de fournir des informations sur le positionnement de l’organisme dans l’espace par l’intermédiaire d’une innervation extrêmement riche glomérulaire, artériolaire, et des tubes contournés, issue des nerfs petit splanchnique, et pneumogastrique (noradrénergique) ainsi que, dans une moindre mesure, du système paravertébral dopaminergique.

Le rein étant un organe naturellement mobile avec la respiration au sein d’une enveloppe graisseuse, il est peu probable que cette dynamique soit utilisée comme référentiel gravicepteur. Toutefois, l’innervation de cette graisse n’ayant pas fait l’objet de description, la question reste en suspens. Il est possible cependant que la simple mise en tension des parois capillaires au cours de la mobilité rénale soit à l’origine d’un influx utile pour la graviception.

 

Remarquons toutefois que la partie distale du néphron est très riche en canaux sensibles au potassium et au calcium, que de nombreux unicellulaires, tels que la paramécie, utilisent des canaux semblables pour distinguer la direction, en particulier haut (Calcium) – bas (Postassium), et adapter activement la direction de leurs mouvements en conséquence (Naitoh & Eckert, 1973; Lebert & Hader, 1999; Häder, et al., 2005).

La sensibilité à la gravitation serait donc apparue très tôt dans l’histoire du vivant en utilisant des canaux membranaires à transport actif. Ce n’est que secondairement, après l’apparition de la locomotion terrestre et ses exigences dans le contrôle de plus en plus précis du centre de gravité que les systèmes inertiels sanguin et vestibulaire se sont mis en place.

Une fois la gravité perçue, l’adaptation aux fluctuations permanentes de celle-ci nécessite un système érecteur conciliant à la fois stabilité et mobilité, rigidité et amortissement des contraintes.

 

Figure 8 : À gauche, le complexe érecteur, vue de profil. La pression hydrostatique dans le plan horizontal du sac péritonéal vient exercer une stabilisation antérieure du rachis inférieur, qui est transférée dans le même temps aux muscles multifide par l’intermédiaire de la musculature abdominale, en particulier le muscle transverse, et du fascia thoracolombaire dans un plan vertical.

À droite, le complexe érecteur, vue de dos.

 

Pour atteindre cet objectif, le système érecteur est constitué de deux colonnes de muscles intervertébraux entourés d’une gaine agissant comme un amplificateur hydraulique (Bogduk, 1980) des tensions générées par la mise en tension de la musculature abdominale (Hukins, et al., 1990) et des muscles biceps crural ainsi que grand glutéal (Vleeming, et al., 1995).

La musculature paravertébrale postérieure ne pourrait cependant assurer à elle seule la station debout. Bien que l’architecture interne du multifide montre qu’il soit conçu pour stabiliser le rachis (Ward, et al., 2009), les autres composantes musculaires du système érecteur dirigent l’adaptation fine et dynamique du mouvement rachidien (Cornwall, et al., 2011). La station érigée relève d’un équilibre hydraulique entre la pression régnant à l’intérieur du sac péritonéal, dirigée vers le rachis par la paroi abdominale et la pression hydraulique générée par la mise en tension de l’enveloppe aponévrotique des muscles paravertébraux par l’intermédiaire des muscles transverse, grand glutéal et biceps crural. Les deux composantes hydrauliques, antérieure et postérieure, étant compressibles sur elles-mêmes permettent un amortissement des variations de contraintes liées à la gravitation d’une part, mais aussi liées aux impacts du talon au sol lors de la marche.

B. INFLUENCE DE LA LUNE

Au-delà des mythes, des légendes urbaines, les scenarii scientifiques actuels admettent que la vie sur Terre n’aurait pu se développer sous la forme que nous lui connaissons sans la présence de la Lune à ses côtés.

 

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Figure 9 : Le système inertiel Terre-Lune forme un couple complexe orbitant autour d’un point (B) situé à environ 4700 km du centre de la planète (C). La présence de la Lune conditionne les principaux paramètres et rythmes astronomiques de la Terre, eux-mêmes responsables des variations climatiques indispensables à la vie telle que nous la connaissons. (Crédits photo de la Terre et de la Lune : NASA)

 

La Terre et son satellite lunaire forment un couple jusqu’à présent unique, ou pour le moins très inhabituel à plus d’un titre au sein du système solaire. La Terre est la seule planète connue possédant un satellite rocheux unique d’une telle taille. L’hypothèse d’une collision, peu de temps après sa formation, entre la Terre et un planétoïde géant (Théia) d’un diamètre équivalent à celui de la planète Mars formé sur une orbite voisine de celle de notre planète est actuellement retenue (Wang & Jacobsen, 2016; Mastrobuono-Battisti, et al., 2015; Herwartz, et al., 2014). La Lune serait alors le résultat de l’accrétion de fragments des manteaux éjectés lors de l’impact. Ce dernier aurait également provoqué, et depuis maintenu, l’inclinaison de l’axe de rotation la Terre (23,5°) responsable des alternances climatiques saisonnières.

Elle aurait été par la suite frôlée par des astéroïdes géants traversant le système inertiel Terre-Lune avant de s’abattre sur la Terre primitive, y dissiper leur énergie marémotrice provoquant l’inclinaison actuelle moyenne de 5° de son orbite essentielle à la stabilité climatique globale de notre planète (Pahlevan & Morbidelli, 2015).

La Lune n’a pas échappé au bombardement par des astéroïdes contenant d’importantes quantités d’eau, le plus grand nombre venant s’écraser sur Terre y apportant ainsi leur contribution à la formation des océans (Barnes, et al., 2016) voire à l’origine du vivant sur notre planète au travers de composés pré biotiques. Si l’on sait depuis le survol de la comète Halley par la sonde Giotto en 1986 que ce type d’astéroïde est porteur de matière organique (c’est-à-dire de composés chimiques à base de carbone) parfois complexe (Bourdet, 2015; Capaccioni, et al., 2015), on ignore encore de quelle manière ces composés ont interagi entre eux ou avec des composés natifs sur notre planète ni dans quelle mesure ces composés ont participé à l’origine du vivant.

La théorie la plus communément acceptée aujourd’hui sur l’émergence de la vie s’appuie sur l’existence d’une soupe prébiotique primitive au sein de laquelle de multiples réactions chimiques ont abouti à la formation de molécules organiques complexes, les acides aminés puis à l’apparition de brin d’ARN. L’expérience de Stanley Miller en 1953 (Miller, 1953) a ouvert la voie à un nouveau domaine de recherche en réussissant à produire des acides aminés et des composés organiques complexes à partir d’une atmosphère composée de méthane, d’hydrogène et de vapeur d’eau en présence de décharges électriques cycliques. Récemment, en 2009, une équipe de chercheurs a montré l’importance d’un cycle d’hydratation-dessiccation (de type mare ou flaque produite par la marée puis asséchée par le soleil) associé à une exposition cyclique aux rayonnements UV dans la formation d’acides aminés (Powner, et al., 2009).

La présence de la Lune s’avère fondamentale pour réunir ces conditions physico-chimiques. En raison de sa proximité avec notre planète lors de l’apparition de la vie vers -3,85 milliards d’années — la Lune se situait à environ 21,6 rayons terrestres (Zharkov, 1976) et s’éloigne de la Terre d’environ 3,7 cm par an — les effets marémoteurs étaient donc beaucoup plus marqués qu’aujourd’hui (jusqu’à mille fois plus importants) d’autant que sa vitesse de révolution autour de notre planète était plus élevée, que la durée du jour terrestre était également beaucoup plus courte — la durée du jour était d’environ 8 h il y a 3,5 milliards d’années (Arbab, 2009). Ceci a permis à la fois la création de flaques, mais aussi la concentration des substances qu’elles contenaient ainsi qu’un brassage des océans érodant le manteau terrestre, déplaçant les composés organiques d’une surface lacustre exposée à des rayonnements UV vers des sources hydrothermales profondes riches en soufre. Kauffman, au travers ses travaux et sa théorie autocatalytique (Kauffman, 1993; Kauffman, 1991; Kauffman, et al., 2003; Kauffman, 1986) a montré par modélisation comment, dans ce chaos, une molécule tend à produire des conditions favorables à sa réplication dans un système qui devient stable en réduisant le nombre de molécules différentes. Ordo ab chaos, la vie a pu émerger en conservant par la suite, dans sa complexité croissante, cette tendance à l’auto-organisation (Camazine, et al., 2001).

Le champ magnétique lunaire est apparu très précocement dans l’histoire de notre satellite. La Lune a possédé un champ magnétique aussi intense que celui de la Terre jusqu’à -3,56 milliards d’années avant de diminuer vers -3,3 milliards d’années jusqu’à devenir quasi-nul de nos jours (Weiss & Tikoo, 2014; Suavet, et al., 2013)4 contrairement à celui de notre planète dont le début estimé est actuellement de -3,95 milliards d’années pour une intensité de 50% à 70% de sa valeur actuelle, celle-ci étant acquise vers -3,2 milliards d’années (Badro, et al., 2016; Tarduno, et al., 2007). Il est d’ailleurs possible (bien que non démontré) que la Lune, par la conjonction d’un effet gravitationnel, d’un différentiel de vitesse entre la rotation axiale de la Terre et l’orbite lunaire et la présence d’un champ magnétique important, ait entraîné la mise en rotation du noyau ferreux de la Terre.

 

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Figure 10 : Interactions possibles entre les champs magnétiques lunaire et terrestre (en vert) il y a 4 milliards d’années en considérant que la lune se situait à environ 20 rayons terrestres de notre planète et que l’intensité du champ magnétique lunaire, identique à celui de la Terre, lui permettait de se déployer sur 10 rayons lunaires (le schéma ne respecte pas les échelles de distance et de taille). Flux ionisé solaire en jaune.

Après l’apparition du champ magnétique lunaire, alors que celui de la Terre n’existait pas encore (en haut), la magnétoqueue lunaire venait périodiquement protéger la planète des particules ionisées à haute énergie issues du vent solaire (en jaune). Il est possible que le champ magnétique lunaire ait participé à l’apparition de celui de la Terre.

Une fois ce dernier apparu (en bas), notre planète se trouve protégée des rayonnements ionisants en permanence. L’accroissement de son intensité l’a rendu autosuffisant malgré le déclin progressif du champ magnétique lunaire par la suite. Si l’on considère que ce système fonctionne de manière analogue au système Jupiter-Io actuel, des flux de plasma ionisés (en particulier de sodium) devaient exister entre la Terre et la Lune. Voir à ce propos Krimigis,et al., (2002); Jun & Garrett, (2005); Yoshioka,et al., (2014) par exemple.

 

Ainsi, lors de la période estimée d’apparition de la vie (-3,85 milliards d’années), la Terre et la Lune possédaient toutes deux un champ magnétique dont la résultante a participé à la protection de notre planète, et de la vie balbutiante qu’elle abritait, en déviant les particules ionisées issues des vents solaires tout en favorisant d’intenses décharges électromagnétiques (Markson, 1971). Il est possible que ce champ résultant ait favorisé la circulation d’un flux de plasma ionisé de la Terre vers la Lune, en sus du simple effet gravitationnel, permettant la diminution de la densité de l’atmosphère terrestre (Forbes, 1982; Kasting, 1993). La raréfaction de l’atmosphère, en particulier sa teneur en composés à effet de serre est essentielle dans la genèse du climat relativement froid de notre planète favorable à l’éclosion de la vie.

La Lune a également conservé une activité volcanique jusqu’à -100 millions d’années sur sa partie visible depuis la Terre et – 18 millions d’années sur sa face cachée (Braden, et al., 2014). Nos lointains prédécesseurs dinosaures ont pu ainsi contempler des éruptions lunaires…

Puisqu’une partie de notre perception de la verticalité, essentielle dans l’acquisition d’une bipédie permanente, est liée à une dynamique des fluides (sang, viscères), il semble pertinent de s’interroger sur l’influence potentielle des effets de marées sur l’organisme. Les forces gravitationnelles exercées conjointement par la Lune et le Soleil sont, par exemple, à l’origine d’oscillations dans les mouvements des feuilles des végétaux (Barlow, 2015), en est-il de même chez l’homme ?

L’influence lunaire a été étudiée dans les domaines variés tels que l’épilepsie, les troubles du comportement, les naissances, le sommeil, l’accidentologie, les infarctus du myocarde, les calculs rénaux, l’épistaxis, ou les pneumothorax avec des résultats discordants en fonction des protocoles retenus.

Concernant l’épilepsie, Vul', (1976), pose l’hypothèse d’une influence géomagnétique pour expliquer le pic constaté lors de la pleine et de la nouvelle lune ; Polychronopoulos, et al., (2006), posent la même hypothèse, mais ne retrouvent un pic qu’à la pleine lune comme Terra-Bustamante, et al., (2009) qui évoquent une sécrétion de catécholamines. Rüegg, et al., (2008) trouvent bien un pic, mais à la nouvelle lune (au même titre que la luminosité et la durée du jour, une humidité ou une température élevée) en relation avec une sécrétion de mélatonine ! Hadzic, et al., (2010) retrouvent une influence de la lune lors du dernier quartier et de la nouvelle lune sans se prononcer sur l’origine possible. Même si ces résultats sont discordants, il semble donc bien que la Lune exerce une influence sans que le mécanisme en soit élucidé, du moins chez les enfants (principalement concernés par ces études) alors que chez l’adulte, les travaux réalisés par Benbadis, et al., (2004)5 ; Baxendale & Fisher, (2008)6  ; Bell, et al., (2010); Altimiras-Roset, et al., (2014) ne retrouvent aucun lien significatif. L’évolution naturelle de cette pathologie implique des modifications des expressions cliniques avec l’âge (Ramgopal, et al., 2012), ce qui peut expliquer la différence d’influence constatée.

Les études concernant l’influence de la Lune sur les naissances sont beaucoup moins discordantes puisque la majorité d’entre elles ne retrouvent aucun lien statistique avec les phases lunaires. Il convient de noter toutefois que ces études ne concernent qu’un nombre relativement faible de naissances (entre 1 007 et 564 039) exception faite de l’étude rétrospective de Waldhoer, et al., (2002) portant sur 2 760 362 naissances. À l’opposé, les études de Guillon, et al., (1986 ; 1988) portant respectivement sur 5 927 978 et 12 035 680 naissances retrouvent une relation avec le dernier quartier et la nouvelle lune. Lorsqu’un lien est retrouvé, c’est essentiellement une hypothèse neuroendocrine qui est évoquée conjointement à un effet gravitationnel. Les progrès accomplis en matière de procréation assistée et de délivrance dirigée sont désormais autant d’écueils et de biais possibles dans l’évaluation de l’influence lunaire dans la parturition, l’espèce humaine s’étant affranchie de la régulation des naissances par la sélection naturelle ces dernières décennies.

La controverse concernant la reproduction semble donc loin d’être réglée, mais peut-être faudrait-il s’interroger sur l’influence potentielle de la Lune sur la sexualité et sur la fertilité. L’une ne va pas sans les autres, elles se conditionnent mutuellement, mais elles répondent à des schémas neuroendocriniens et neuronaux différents d’autant que l’homme a acquis une indépendance entre pulsion reproductrice et sexualité au cours de son évolution. Criss & Marcum, (1981) estiment que le pic de naissance constaté lors de la pleine lune doit être mis en relation avec un pic ovulatoire existant soit à la pleine lune (Law, 1986) soit à la nouvelle lune (Cutler, 1980) en relation avec des variations géomagnétiques.

La Lune ne semble pas influencer la survenue de migraine chez l’adulte (Yilmaz, et al., 2015), de rupture d’anévrysme de l’aorte abdominale (Kózka, et al., 2014), etc. Il serait possible de multiplier les exemples et les sources montrant des effets soit positifs soit au contraire une absence de lien statistique selon l’hypothèse de départ, et parfois des préjugés des auteurs.

Cependant, il ressort d’une revue de littérature (Zimecki, 2006) une influence sur l’axe hypothalamo-hypophyso-gonadique et épiphysaire entraînant des fluctuations immunitaires, endocriniennes (mélatonine et stéroïdes) et neuromédiatrices par un mécanisme impliquant des variations de luminosité, gravitationnelles et/ou géomagnétiques. Cette influence physiologique, qui est avérée chez la plupart des animaux, semble avoir été modulée au cours de l’évolution chez les primates par le biais d’un mécanisme encore non élucidé à ce jour jusqu’à devenir fugace et erratique chez Homo Sapiens. Quelle place accorder aux profonds bouleversements sociaux et culturels récents qui ont relégué les observations ancestrales et traditionnelles au rang de mythes et légendes dans cette évolution ?

C. EFFET CENTRIFUGE ET EFFET CORIOLIS

L’effet centrifuge est une force physique liée à un mouvement de rotation d’un corps, qui tend à éloigner celui-ci du centre de rotation. Cette force dépend de la masse de l’objet, sa distance par rapport au centre de rotation et sa vitesse linéaire.

L’effet Coriolis est une force inertielle agissant perpendiculairement à la direction du mouvement d'un corps en déplacement dans un milieu lui-même en rotation uniforme. Cet effet dépend de la masse de l’objet, de sa vitesse relative par rapport au milieu de référence, de la vitesse angulaire de ce milieu. Il est donc indépendant de la force centrifuge exercée par la vitesse de rotation de la Terre. Son effet est nul à l’équateur et augmente avec la latitude. Il est dirigé vers l’Est7 dans l’hémisphère Nord et en sens contraire dans l’hémisphère Sud.

Tout corps en déplacement sur notre planète (nous en particulier) subit donc une force inertielle composite induite conjointement par les effets centrifuge et Coriolis.

Une des illustrations les plus simples de ces phénomènes nous est donnée par le pendule de Foucault dont la trajectoire décrit une ellipse tournant en sens horaire dans l’hémisphère Nord en effectuant un tour complet en un jour aux pôles, en fonction du sinus de la latitude ailleurs (environ 1,4 j et 2 j à respectivement 45° et 30° de latitude).

La Terre tourne actuellement sur elle-même à la vitesse angulaire de 7,292115 × 10−5 rad-s-1, soit une vitesse linéaire d’environ 465 m-s-1 à l’équateur, tout en effectuant une révolution elliptique autour du soleil à environ 30 km/s. La composition de ces forces avec celle de l’attraction terrestre induit un déplacement vers l’Est7  — mis en évidence par Ferdinand Reich en 1831 (in Gilbert, 1882), mais observée bien avant par Viviani en 1660, Borelli en 1668 ou encore Hooke en 1679 et prédit par Newton — de tout objet en déplacement contrairement à l’inverse de la notion intuitive développée par Aristote.

La valeur de cet écart est variable en fonction de la masse, de la vitesse de déplacement et de son sens, de l’altitude et de la latitude. Si la vitesse angulaire de la Terre est constante en tout point du globe, la vitesse linéaire varie en fonction de la distance d’un point par rapport à l’axe de rotation. Maximale à l’équateur, cette vitesse linéaire n’est plus que de 392 m-s-1 à 45° de latitude (Bordeaux) et de 230 m-s-1 à 60° (Oslo).

 

Figure 11 : Projection des forces centrifuges terrestre (en rouge) et solaire (en jaune). Elles sont perpendiculaires à leurs axes de rotation respectifs. À un instant t, la force centrifuge solaire est constante sur le globe tandis que l’intensité de la force centrifuge terrestre varie en fonction de la latitude. L'effet Coriolis change sens en fonction des hémisphères. Il est nul à l’équateur et maximal aux pôles.

 

La notion de verticalité que nous ressentons est donc en réalité une résultante oblique variable selon les positions de notre corps dans l’espace. En effet, si le déplacement se produit toujours vers l’est, notre corps n’est pas en permanence orienté dans cette direction et la projection peut intervenir vers l’avant, l’arrière, la droite ou la gauche, ou dans n’importe quelle position intermédiaire. Se déplacer en étant debout n’a donc rien d’évident…

 

 

 

 

 

 

Figure 12 : Planète en vue polaire. Variations du déplacement induit par l'effet Centrifuge. Bien que la direction des forces de gravitation terrestre(G) et solaire (Gsol), des forces centrifuges terrestre (Rot) et solaire (Rev) soient constantes, leurs compositions sont différentes selon la période du jour considéré. La pesanteur ressentie est maximale à la tombée du jour, et minimale à l’aube tandis que le déplacement vers l’Est est minimal au crépuscule et maximal au lever du soleil. De plus ces forces subissent des variations saisonnières selon des cycles qui leurs sont propres. L’influence solaire est maximale en période estivale, et lorsque la Terre se situe à son périgée.

 

Comme si les choses n’étaient pas assez compliquées comme cela, en raison de la rotation-révolution de la Terre, tout corps sur notre planète subit également l’influence de l’attraction solaire et de la force centrifuge provenant de la révolution, forces auxquelles il faudrait rajouter les variations de l’attraction lunaire. La direction de ces forces est constante, mais pas leur intensité.

L’orbite terrestre passe de circulaire à elliptique selon un cycle de 90–100 000 ans (il existe à l’heure actuelle une différence de 3% entre les distances minimale et maximale. L’orbite elliptique lunaire n’est guère plus simple puisque son excentricité est variable selon un cycle de 206 jours, et qu’elle accomplit une rotation dans le sens contraire des aiguilles d’une montre selon un cycle de 8,85 ans ! Autant de paramètres qui viennent influencer la valeur de l’intensité des effets centrifuges et Coriolis.

Le déplacement induit par les effets centrifuge et Coriolis sont donc loin d’être constants. À l’échelle humaine et de la marche bipède, ces variations semblent infimes et négligeables, mais nécessitent cependant des adaptions neurosensorielles visuelles, vestibulaires et proprioceptives (comme le montre l’abondante littérature existante sur le sujet8), mais aussi biomécaniques.

Lors de la marche ou de la course, notre corps subit les effets conjugués des effets centrifuges et Coriolis sur une sphère en déplacement permanent. Il existe une différence entre le point désiré ou visé et le point atteint que notre corps doit adapter à chaque pas.

Au niveau du corps humain, on retrouve un type de réponse à cette différence de trajectoire au niveau musculaire ou articulaire dans les phénomènes d’hystérésis (propriété d'un système qui tend à demeurer dans un certain état quand la cause extérieure qui a produit le changement d'état a cessé) ou de zone neutre (partie de l’amplitude du déplacement physiologique mesuré à partir de la position neutre dans laquelle le mouvement se produit avec un minimum de résistance interne). Ils permettent une adaptation rapide (en quelques pas) aux conditions extérieures de gravitation.

 

Figure 13 : Principe du déplacement du pendule de Foucault et exemples de réponses biologiques dans le corps humain. Dans notre organisme, le retour à la position initiale après une contraction musculaire ou un déplacement segmentaire ne s’effectue pas en suivant la même trajectoire. Ce phénomène rend compte de l’adaptation du corps aux effets centrifuge et Coriolis. Hystérésis articulaire cervical redessiné d’après Anderst, et al., 2013.

 

Les adaptations du rachis et du tronc se sont effectuées grâce à toute une série de modifications morphologiques comme déjà citées précédemment dans les adaptations à la bipédie, mais également grâce à l’apparition d’une asymétrie structurelle de l’orientation des facettes articulaires (tropisme articulaire), de la répartition et de la sensibilité des masses musculaires para vertébrales, voire de la conformation anatomique de certaines vertèbres ainsi que grâce à une asymétrie fonctionnelle de la paroi abdominale.

 

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Figure 14 : Courbe contrainte/déformation caractéristique d’une structure en fonction de l’amplitude d’un mouvement. Modifié d’après White & Panjabi, (1990).

L’amplitude de mouvement (ou ROM pour Range Of Motion) se définie comme l’amplitude totale du déplacement physiologique mesuré à partir de la position neutre. Dans un plan donné, elle correspond à la somme des amplitudes physiologiques (par exemple flexion-extension) sans que celles-ci soient nécessairement symétriques comme c’est le cas pour le genou qui comporte peu d’extension et beaucoup de flexion. Pour un rapport articulaire donné, chaque plan comprend une amplitude de mouvement spécifique.

L’amplitude physiologique est divisée en deux parties : zone neutre et zone élastique.

La zone neutre (ou NZ pour Neutral Zone), autrefois dénommée « jeu articulaire », se définie comme étant la partie de l’amplitude du déplacement physiologique dans laquelle le mouvement produit un minimum de résistance interne. C’est une zone de grande flexibilité ou de laxité. Dans cette zone, la capacité d’adaptation posturale et dynamique se réalise très rapidement pour un coût énergétique très faible. Trop importante, on parle d’hyperlaxité, le rapport articulaire devient instable et compense jusqu’à un certain stade par des contractions musculaires ; trop faible, on parle d’ankylose, elle diminue la mobilité. Dans les deux cas, il est possible de retrouver des symptômes douloureux.

La zone élastique (ou EZ pour Elastic Zone) se définie comme étant la partie de l’amplitude du déplacement physiologique depuis la fin de la zone neutre jusqu’à la fin de l’amplitude physiologique. Le mouvement s’effectue contre une résistance interne significative progressivement croissante. C’est une zone de rigidité.

La zone plastique (ou PZ pour Plastic Zone) se définie comme étant la partie du mouvement comprise entre la fin de la zone élastique et le point de rupture. La déformation entrainée par la contrainte est permanente et irréversible.

Le point de rupture est défini par la contrainte entrainant une déchirure ou une fracture de la structure testée. Tout mouvement physiologique résulte d’une combinaison de mobilité dans les trois plans de l’espace simultanément aussi, le point de rupture au sommet d’un cône irrégulier. Par exemple, pour un même degré de flexion, la rupture interviendra plus ou moins précocement en fonction du degré de rotation et/ou d’inclinaison. Ceci permet de comprendre comment un traumatisme ou un mouvement en apparence banal peut entraîner des dégâts structurels très importants.

 

Figure 15, à gauche : Asymétrie structurelle du rachis. Les facettes articulaires (en bleu) ne sont pas situées dans des plans disposés de manière symétrique et leurs mobilités sont également différentes à droite et à gauche (Svedmark, et al., 2012).

Les masses paravertébrales dorsales présentent des sections plus importantes dans certains secteurs (en rouge), le côté gauche étant toujours dominant, de même que la sensibilité de ces muscles (en vert). Le niveau Th6 (6e vertèbre thoracique) représente a contrario le niveau possédant les masses musculaires les plus faibles et les moins sensibles (Amonoo-Kuofi, 1983).

Il existe également une asymétrie anatomique des vertèbres cervicales (Kim, et al., 2012).

L’ensemble de ces asymétries concourent à favoriser l’avancée du membre inférieur gauche, le recul de l’épaule gauche (en réalité l’ensemble de l’hémi ceinture scapulaire gauche) et le maintien de la tête et du regard dans la direction du mouvement.

 

 

 

 

 

Figure 16, à droite : Asymétrie fonctionnelle de la musculature abdominale. Chez tous les individus, les rotations droite et gauche utilisent de manière symétrique les muscles intercostaux internes, grand oblique et érecteurs du rachis homolatéraux, grand dorsal controlatéral.

La rotation gauche utilise, en plus des muscles déjà cités, les faisceaux moyens et inférieurs du transverse controlatéral et les faisceaux inférieurs du petit oblique controlatéral au sens de la rotation tandis que la rotation droite utilise les faisceaux supérieurs du transverse et du petit oblique homolatéral. (Ng, et al., 2001; Urquhart & Hodges, 2005)

 

 

 

 

 

 Outre les réponses sensorielles et physiologiques déjà citées, il existe une possible réponse structurelle dans l’organisation du squelette jambier chez les plantigrades par la présence de deux fûts osseux l’un supportant la charge (le tibia), l’autre mobile (la fibula) permettant de recentrer instantanément le centre de gravité au-dessus du point atteint. Cette hypothèse est compatible avec les travaux de Wong, et al., (2009) ou de Fregly & Zajac, (1996) par exemple. L’extrémité supérieure de la fibula est en effet le lieu d’insertion terminale de l’une des parties du muscle biceps fémoral, lui-même partie intégrante du complexe érecteur du rachis avec le fascia thoracolombaire, et le muscle multifide (Bogduk, 1980; Hukins, et al., 1990; Willard, et al., 2012; Vleeming, et al., 1995; Schuenke, et al., 2012; Pool-Goudzwaard, 2003a).

Les digitigrades bipèdes ont choisi une autre voie évolutive dans la réponse à cette problématique en se dotant d’une surface d’appui au sol très large qui compense à elle seule le déplacement vers l’Est.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 17 : Adaptation de la projection du centre de gravité du corps sur une vue postérieure du segment jambier.

Il existe une légère différence entre le point visé (en rouge) au centre d’une zone (en grisé) et le point atteint (en bleu) situé de manière aléatoire dans celle-ci.

Au moment de la prise d’appui au sol, la mobilité céphalo-caudale de la fibula permet une adaptation rapide permettant de faire coïncider ces points en fonction de conditions régnants à un instant t. Cette mobilité est conditionnée par l’architecture particulière des muscles tibial antérieur (vu en transparence car situé sur la face antérieure) et tibial postérieur qui leur confère des capacités dynamiques et posturales.

La mise en tension du muscle biceps fémoral, qu’elle soit passive (excentrique) ou active (concentrique) se répercute sur le complexe érecteur de la ceinture pelvienne et du rachis. C’est alors l’ensemble du corps qui adapte son positionnement par rapport au point atteint.

La présence de deux fûts osseux, dont l’un est mobile, est indispensable pour une compensation des effets centrifuge et Coriolis indépendamment du sens de déplacement d’un individu ou de sa vitesse.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III. CHAMP MAGNÉTIQUE TERRESTRE

L’histoire du champ magnétique terrestre, qui protège notre environnement de particules à haute énergie, n’est pas un long fleuve tranquille. Apparu péniblement vers – 3,95 milliards d’années, soit peu de temps avant l’apparition de la vie sur Terre, il n’a atteint sa plénitude que vers -3,2 milliards d’années. Devenu autosuffisant, il a réussi à nous protéger (en partie) des maximaux solaires, mais ne peut rien contre minimaux d’activité du Soleil et n’a pu empêcher les extinctions dues à des refroidissements climatiques brusques en relation avec ces derniers (Baker & Flood, 2015). Dans quelle mesure a-t-il marqué de son empreinte notre organisme ? Vaste question dont nous ne possédons pas encore toutes les réponses.

L’orientation et l’intensité du champ magnétique, que nous percevons comme des constantes à l’échelle humaine du temps, ont subi de nombreux changements à l’échelle géologique de l’histoire de notre planète ou de la vie. Mises en évidence en 1905 (Brunhes, 1905; 1906) les inversions de polarité ne répondent à aucune fréquence ou périodicité déterminée. La compréhension des phénomènes de fluctuation, d’inversion ou d’excursion —les pôles magnétiques retrouvent leur place d’origine après un bref temps (géologique donc de l’ordre de 1000 à 10 000 ans malgré tout) d’errance — reste très incomplète.

L’étrange code-barres en marge ci-contre représente l’ensemble des inversions ayant eu lieu depuis un peu plus de 80 millions d’années (Cande & Kent, 1995). Depuis les 15 derniers millions d’années, période supposée de l’apparition de la bipédie initiale, plus d’une cinquantaine d’événements d’ampleurs inégales se sont ainsi succédé.

Chaque inversion a été précédée d’une période d’effondrement de l’intensité du champ magnétique de 20 000 ans environ et suivie d’une phase de retour vers la normale de 80 000 ans (Valet, et al., 2005). Des simulations numériques ont montré que les périodes transitoires se caractérisent par une désorganisation complète des lignes de force du champ magnétique terrestre (Glatzmaier & Roberts, 1995) sans que celui-ci disparaisse complètement. La dernière inversion dite de Matuyama-Brunhes a été extrêmement rapide et brutale, en l’espace d’une vie humaine (Sagnotti, et al., 2014) contrairement aux inversions précédentes se déroulant en trois phases (excursion équatoriale précurseure, inversion transitoire, rebond vers l’équateur puis inversion durable), étalées sur une période d’environ 2500 ans (Valet, et al., 2012). Quelles furent les conséquences de ces inversions sur la biosphère ?

La science c’est emparée de cette problématique en émettant l’hypothèse de particules fortement ionisées pénétrant l’atmosphère terrestre durant les inversions (Glassmeier & Vogt, 2010; Uffen, 1963; McCormac & Evans, 1969; Birk, et al., 2004). Des traces sédimentaires de tels flux de particules ont été retrouvées (McHargue, et al., 2000; Carcaillet, et al., 2004; Baumgartner, 1998; Raisbeck, et al., 2006) sans qu’il puisse être mis en avant une relation entre ces événements et des extinctions (Plotnick, 1980; Glassmeier & Vogt, 2010) bien que cela ait été supposé (Raup, 1985; Courtillot & Besse, 1987; D Hays, 1971).

Cette absence de relation est en soit révélatrice d’une intégration et d’une capacité adaptation très précoce des phénomènes géomagnétiques chez le vivant. De très nombreux procaryotes possèdent ainsi des magnétosomes, c’est-à-dire des grains de nanoparticules de magnétite (Fe3O4) ou de greigite (Fe3S4) organisés en  chaîne, soit unique soit multiple. La répartition de ces organismes archaïques (les procaryotes sont les premiers organismes cellulaires apparus sur Terre) est intéressante : ceux possédant un magnétosome composé de magnétite vivent en zone lacustre dans une eau douce, tandis que ceux incluant de la greigite vivent en eau salée (Lin, et al., 2014). On retrouve ici la diversité de localisation dans l’apparition du vivant — l’une de surface utilisant l’oxygène l’autre en zone marine profonde métabolisant le soufre — avec une coévolution aboutissant à l’intégration d’une même contrainte par différentes espèces.

 

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Figure 18 : Modélisation d’une inversion de champ magnétique d’après Glatzmaier & Roberts, (1995). En jaune, les lignes s’éloignant du noyau terrestre, en bleu celles qui y convergent.

Dans les conditions ancestrales de l’apparition de la vie, la faiblesse du champ magnétique terrestre et la présence du champ lunaire imposaient d’importantes variations circadiennes de l’intensité de la magnétosphère concordantes avec des amplitudes de marées gigantesques. L’inclusion de particules fortement magnétisées a pu répondre à différentes hypothèses en offrant une protection supplémentaire en déviant une partie des particules ionisées létales (Wang, et al., 2013), en participant à leur détection, ou bien encore en permettant un ancrage sur le substrat riche en oxyde de fer, et peut-être une forme de prédation (Kirschvink, 1980)… Quoi qu’il en soit, au stade évolutif suivant, bien que la magnétite conserve son rôle prépondérant dans la détection des UV, les cyanobactéries déploieront d’autres stratégies9 pour se protéger des rayonnements nocifs comme la production de protéines spécifiques, ou la construction d’exosquelettes à base de silicates par exemple (Singh, et al., 2010; Phoenix, et al., 2006).

Bien que cela puisse nous paraître paradoxal au sein d’une société qui renoue avec une forme de culte du soleil avec ses migrations estivales, ses rites expiatoires faits de longues expositions immobiles sur une plage et ses masques peints pour copier son effet le restant de l’année, la lumière solaire constitue un danger mortel pour la vie, celle d’alors comme celle d’aujourd’hui ainsi que le montre l’explosion des mélanomes et autres cancers cutanés…

Ici, la lumière doit être repensée en termes de particules électromagnétiques possédant une énergie spécifique. Le jour, avec ses composantes d’UV-A, B et C représentant environ 5% de la lumière reçue, devient mortel s’il n’est pas filtré, mais dans l’obscurité la survie reste possible. Le noir et les profondeurs marines sont salvatrices en formant un écran contre les radiations les plus dangereuses. L’association gravitation-pression permet de fuir un danger ionisant perçu grâce aux inclusions de magnétite, en orientant un déplacement vers le bas, que l’on retrouve sous forme de cryptochrome au cœur d’un organe sensitif de complexité croissante au fil du temps : l’œil. Formidable organe conçu pour percevoir un spectre de particules énergétiques, ce n’est que dans un second temps qu’il deviendra un organe de vision permettant la construction d’une représentation tridimensionnelle de notre environnement, spécifique à chaque espèce selon ses besoins, destinée à augmenter la détermination d’une position relative dans l’espace afin d’augmenter la vitesse de déplacement dans un milieu, à fin de prédation ou inversement de fuite (Fernald, 1997; 2000; 2004a; 2004b). La perception, non de l’alternance entre le jour et la nuit, mais d’une différence quantitative de rayonnement a permis, par la suite, l’émergence de l’organisation des différents rythmes circadiens.

Les cryptochromes sont des molécules magnétosensibles complexes réagissant de manière spécifique avec les UV (Liedvogel & Mouritsen, 2010). Toutes les espèces vivantes (faune et flore), hormis quelques-unes qui les ont perdus au cours de l’évolution en devenant cavernicoles exclusives, possèdent au moins une sous-famille de cryptochrome (deux pour les mammifères et jusqu’à cinq pour certains poissons) dont l’origine remonte au début de la vie (Haug, et al., 2015). Cette universalité témoigne du caractère ancestral et fondamental des mécanismes de radioprotection dans l’organisation du vivant par l’utilisation de la magnétosphère.

Les effets biologiques et comportementaux constatés chez les organismes vivants sont liés à la présence de ces nanoparticules de magnétite entrant en résonnance avec ce champ magnétique à des fréquences spécifiques (Belova & Acosta-Avalos, 2015; Shaw, et al., 2015), le signal étant par la suite amplifié par voie chimique (Kattnig, et al., 2016).

Les fluctuations de la magnétosphère viennent ainsi influencer ou perturber le métabolisme de la sérotonine et de la mélatonine (Lerchl, et al., 1990; Demaine & Semm, 1986), la circulation de l’endolymphe à l’intérieur de l’appareil vestibulaire (Ward, et al., 2015) provoquant des sensations de déséquilibre, perturbant le comportement sexuel, en particulier le rituel de la parade nuptiale prélude à tout rapport (Wu, et al., 2016) voire la communication entre individus (chez les insectes sociaux comme les abeilles où les fluctuations perturbent également la structure architecturale de la ruche).

De nombreux animaux, des oiseaux aux mammifères en passant par les poissons, utilisent les lignes de force du champ magnétique pour se diriger (Tian, et al., 2015) et voient ce sens perturbé par ses fluctuations (Ernst & Lohmann, 2016) y compris celles de faibles intensités (Schwarze, et al., 2016; Tomanova & Vacha, 2016). La majorité (voire l’ensemble) des vertébrés présentent une tendance innée à se positionner selon un axe magnétique nord-sud (Malkemper, et al., 2016). L’inversion des pôles magnétiques terrestres a conditionné le sens d’enroulement (dextrogyre ou sénestrogyre) de certains gastéropodes au cours des ères géologiques (Gould, 1971).

Des nanoparticules de magnétite ont été retrouvées chez l’homme actuel au niveau du cœur, du foie, de la rate (Grassi-Schultheiss, et al., 1997), dans la ferritine (Quintana, et al., 2004), dans le cerveau où elle se situe principalement au niveau de l’hippocampe, du cortex basiganglionnaire, du cervelet, et des leptoméninges (Schultheiss-Grassi & Dobson, 1999; Strbak, et al., 2011; Kirschvink, et al., 1992; Dunn, et al., 1995) et près de la lame criblée de l’Ethmoïde, au sommet de la fosse nasale à proximité de la zone olfactive (Baker, et al., 1983) en plus des cryptochromes oculaires et de magnétorécepteurs situés dans l’environnement du ganglion de Gasser (nerf Trijumeau). Jusqu’à présent, aucune fonction physiologique n’a pu être associée à la présence de ces particules chez l’homme, même si l’hypothèse d’un rapport avec le « sens de l’orientation » a été émise (Kirschvink, 1997; Finney, 1995; Baker, 1987). La présence de magnétite dans les otolithes a récemment été fortement suspectée, et le champ magnétique terrestre participerait donc à notre perception du positionnement spatial et du déplacement corporel (Rizzo-Sierra, et al., 2011).

La présence d’une concentration de magnétite plus forte au niveau de l’hippocampe que dans d’autres zones cérébrales permet de poser l’hypothèse d’une diminution de l’influence comportementale du champ magnétique terrestre chez l’homme par un phénomène d’inhibition lié à l’encéphalisation progressive selon un mécanisme encore inconnu. Il semble par ailleurs exister une relation entre certaines maladies neurodégénératives de type Alzheimer et un nombre ou une dimension anormalement élevés des nanoparticules de magnétite à ce niveau, dont une partie ne serait pas d’origine biogénique, mais inhalée (Plascencia-Villa, et al., 2016).

Pour l’instant, seuls les cryptochromes ont été associés au fonctionnement harmonieux de notre horloge biologique, mais les répercussions sur l’état de santé sont encore mal connues bien qu’une relation ait été constatée entre la qualité de la perception de la luminosité et la probabilité de déclencher un cancer du sein. On note une diminution de l’incidence de 60% chez les femmes ayant une détection purement inconsciente de la luminosité (Sancar, 2000).

S’agirait-il d’une lointaine réminiscence protectrice de l’association lumière/rayons ionisants encore active chez l’homme ? La culture et les processus de socialisation ont transformé la nuit protectrice en un temps de ténèbres et de danger, a fait du jour mortel une période d’activité intense et salutaire, mais, dans notre orgueil, ne risquons-nous pas de subir le sort d’Icare à trop vouloir nous rapprocher du soleil ?

Une étude a constaté la concordance entre la disparition de l’Homme de Neandertal et un affaiblissement important du champ magnétique (excursion Laschamp-Mono Lake entre - 26±15 000 et - 18±9 000 ans) laissant présager une surexposition aux UV-B de 15-20% avec son cortège de manifestations biologiques nocives (Valet & Valladas, 2010), et autres rayons ionisants (Ménabréaz, et al., 2012). Cette observation pose en corollaire la capacité d’Homo Sapiens à surmonter cette crise magnétique sans dommage, par conséquent d’être biologiquement mieux adapté aux fluctuations à la fois du champ magnétique et des rayonnements ionisants que son cousin.

L’adaptation aux fluctuations de la magnétosphère terrestre n’ayant aucune répercussion structurelle connue à ce jour sur l’architecture du vivant, mais uniquement des conséquences physiologiques et métaboliques, nous ne serons probablement jamais en mesure d’identifier directement les raisons de la disparition de Neandertal, et de ses prédécesseurs, au travers des seuls restes fossiles.

Les hypothèses avancées de baisse de la fertilité, augmentation des malformations fœtales et de la mortalité infantile, modifications comportementales sont compatibles avec une non-adaptation aux fluctuations magnétiques, et il est possible d’y adjoindre une perte du repérage dans l’espace si essentiel pour la chasse (comment retrouver une proie ou retourner près du clan si l’on perd le sens de l’orientation ?).

Lorsque l’on met en concordance les fluctuations de la magnétosphère et le buisson évolutif de la lignée des hominoïdes, il ressort certaines coïncidences troublantes. D’une part, outre les variations d’intensité du champ gravitationnel déjà étudiées, le continent africain présente également de très fortes variations séculaires du champ magnétique (Tarduno, et al., 2015), d’autre part il semble exister un rapport entre la survenue d’inversions du champ magnétique ou des minima d’intensité et l’émergence de nouvelles espèces d’hominidés10. Cet aspect possible de l’évolution humaine demande à être précisé compte tenu de la marge d’erreur importante dans les datations tant des événements magnétiques que dans celle des restes fossiles, de multiples éléments concomitants aux inversions (phénomènes climatologiques, modification de la faune et de la flore, etc.) sont susceptibles d’avoir produit le même effet.

 

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Figure 19 : Schéma regroupant les données paléomagnétiques (Cande & Kent, 1995 ; CNRS – IPGP – UP7 , 2013) et les variations du buisson évolutif ayant conduit à l’Homo Sapiens (Picq, 2013 ; actualisé 2016). La courbe en rouge représente les variations récentes de l’intensité du champ magnétique terrestre. Il semble exister une concordance de temps entre les inversions et la diversification de la lignée Hominoïde. Les couleurs utilisées pour distinguer les différentes espèces sont arbitraires et uniquement destinées à faciliter la lecture.

 

L’Homme et son environnement sont intimement liés. Nous ne connaissons la Vie sur notre planète, et nous ne l’appréhendons qu’au travers des survivants, en interprétant la disparition de nos prédécesseurs.

La vitesse de rotation de la Terre, son angle de déclinaison, sa gravitation et son champ magnétique fluctuent dans le temps. Les conséquences climatiques commencent à en être comprises, mais les incidences sur le plan évolutif ne sont qu’entraperçues. La disparition de nombreuses espèces est imputée à ces modifications, mais qu’advient-il de celles qui survivent ? Jusqu’à quel point l’adaptation à l’environnement a-t-elle conditionné l’apparition de la bipédie et l’évolution humaine ? L’apparition d’une nouvelle espèce d’Hominidés est-elle si improbable ? Ici encore, nous possédons peu de réponses et, avant même de pouvoir tenter d’y répondre, de nombreuses questions restent encore à formuler...

 

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