Nouvelle théorie sur la façon dont les animaux obtiennent leurs rayures et leurs taches

MADRID, le 10 novembre (EUROPA PRESS) –

Le même processus physique qui aide à éliminer la saleté des vêtements pourrait expliquer comment les poissons tropicaux obtiennent leurs rayures et leurs taches colorées, publie le magazine « Science Advances ».

“De nombreuses questions biologiques sont fondamentalement la même : comment les organismes développent-ils des modèles et des formes complexes alors que tout part d’un groupe sphérique de cellules ?”, note-t-il. c’est une déclaration Benjamin Alessio, premier auteur de l’article et chercheur au Département de génie chimique et biologique–. “Notre travail utilise un mécanisme physique et chimique simple pour expliquer un phénomène biologique complexe.”

Les biologistes ont déjà montré que de nombreux animaux ont évolué pour avoir des motifs de fourrure afin de se camoufler ou d’attirer des partenaires. Bien que les gènes codent des informations sur des motifs tels que la couleur des taches d’un léopard, La génétique à elle seule n’explique pas exactement où vont se développer les taches, par exemple.

En 1952, avant que les biologistes ne découvrent la structure en double hélice de l’ADN, Alan Turing, le mathématicien qui a inventé l’informatique moderne, a proposé une théorie audacieuse sur la façon dont les animaux dérivaient leurs modèles.

Turing a émis l’hypothèse qu’à mesure que les tissus se développent, ils produisent des agents chimiques. Ces agents se diffusent à travers les tissus selon un processus similaire à l’ajout de lait au café. Certains agents réagissent les uns avec les autres et forment des taches. D’autres inhibent la diffusion et la réaction des agents, formant des espaces entre les taches.

La théorie de Turing suggérait qu’au lieu de processus génétiques complexes, ce modèle simple de réaction-diffusion pourrait suffire à expliquer les fondements de la formation des modèles biologiques.

“Certes, le mécanisme de Turing peut produire des modèles, mais la diffusion ne produit pas de modèles nets”, explique l’auteur correspondant Ankur Gupta, professeur agrégé au Département de génie chimique et biologique. Par exemple, lorsque le lait est diffusé dans le café, il s’écoule dans toutes les directions avec un contour diffus.

Lorsqu’Alessio a visité le Birch Aquarium de San Diego, il a été impressionné par la netteté du motif complexe du poisson-coffre : il est formé d’un point violet entouré d’un contour jaune hexagonal bien défini, avec un épais espace noir entre les deux.

La théorie de Turing ne pouvait à elle seule expliquer les contours nets de ces hexagones, pensait-il. Mais le motif rappelle à Alessio les simulations informatiques qu’il avait effectuées, dans lesquelles les particules forment des rayures bien définies.

Alessio, membre du groupe de recherche de Gupta, s’est demandé si le processus connu sous le nom de diffusiophorèse joue un rôle dans la formation des modèles dans la nature.

La diffusiophorèse se produit lorsqu’une molécule se déplace dans le liquide en réponse à des changements, tels que des différences de concentration, et accélère le mouvement d’autres types de molécules dans le même environnement. Bien que cela puisse paraître un concept obscur aux non-scientifiques, il s’agit en réalité de la manière dont les vêtements sont nettoyés.

Une étude récente a montré que rincer les vêtements savonneux à l’eau claire élimine la saleté plus rapidement que les rincer à l’eau savonneuse. En effet, lorsque le savon se diffuse hors du tissu dans de l’eau contenant une concentration plus faible de savon, le mouvement des molécules de savon élimine la saleté. Lorsque les vêtements sont placés dans de l’eau savonneuse, l’absence de différence dans la concentration du savon fait que la saleté reste en place.

Le mouvement des molécules lors de la diffusiophorèse, observé par Gupta et Alessio dans leurs simulations, suit toujours une trajectoire claire et donne naissance à des motifs aux contours nets.

Ils ont simulé le motif hexagonal violet et noir de la peau ornée du poisson-coffre en utilisant uniquement les équations de Turing. L’ordinateur a produit une image de points violets flous avec un léger contour noir. L’équipe a ensuite modifié les équations pour incorporer la diffusiophorèse. Le résultat était beaucoup plus similaire au motif hexagonal bicolore brillant et net observé chez le poisson.

La théorie de l’équipe suggère que lorsque des agents chimiques se diffusent à travers les tissus, comme Turing l’a décrit, ils transportent également avec eux des cellules productrices de pigments par diffusiophorèse, tout comme le savon transporte la saleté du linge. Ces cellules pigmentaires forment des taches et des rayures au contour beaucoup plus défini.

Des décennies après que Turing ait proposé sa théorie fondamentale, les scientifiques ont utilisé ce mécanisme pour expliquer de nombreux autres modèles en biologie, comme la disposition des follicules pileux chez la souris et les crêtes du palais des mammifères.

Gupta espère que son étude, ainsi que d’autres recherches en cours dans son groupe de recherche, pourront également améliorer la compréhension de la formation des modèles, inspirant ainsi les scientifiques à développer des matériaux innovants, voire des médicaments.

“Nos résultats mettent en évidence que la diffusiophorèse a peut-être été sous-estimée dans le domaine de la formation de modèles. Ce travail a non seulement un potentiel d’application dans les domaines de l’ingénierie et de la science des matériaux, mais ouvre également la possibilité d’étudier le rôle de la diffusiophorèse dans les processus biologiques”, comme la formation d’embryons et de tumeurs”, dit Gupta.