Le domaine interdisciplinaire de la physique de la matière active étudie les principes qui sous-tendent le comportement et l’auto-organisation des organismes vivants. L’objectif est de révéler des principes généraux qui permettent de décrire et de prédire les performances de la matière vivante et ainsi soutenir le développement de nouvelles technologies. Récemment, les groupes d’Oliver Bäumchen et Marco Mazza du MPIDS, de l’Université de Bayreuth et de l’Université de Loughborough au Royaume-Uni ont publié leurs résultats sur le modèle décrivant la navigation microbienne. “Comme les microbes ont souvent du mal à naviguer dans des espaces confinés, nous nous demandions s’il existait un modèle derrière la navigation microbienne dans un compartiment défini”, expliquent-ils. Pour répondre à cette question, les chercheurs ont suivi un seul microbe mobile et ont déterminé expérimentalement le flux de probabilité de ses mouvements. C’est-à-dire qu’ils ont subdivisé un compartiment prédéfini en secteurs et déterminé la probabilité de direction de mouvement pour chaque secteur. De cette façon, une carte a été créée selon laquelle le comportement de navigation du microbe peut être prédit.
La courbure détermine le flux
Étonnamment, le microbe s’est avéré ne pas se déplacer au hasard dans l’espace ouvert. Au lieu de cela, le modèle de mouvement moyen était à la fois hautement organisé et symétrique : la carte des modèles de mouvement montrait une distribution définie des flux de probabilité. « En particulier, la force du flux s’est avérée dépendre de la courbure de l’interface solide adjacente : un degré de courbure plus élevé a entraîné un flux plus fort », expliquent Jan Cammann et Fabian Schwarzendahl, les principaux auteurs de l’étude. Pour des raisons pratiques, toutes les mesures ont été effectuées dans un environnement quasi bidimensionnel, c’est-à-dire que le microbe était confiné par le haut et par le bas pour mieux surveiller son mouvement et éviter la défocalisation. En observant son modèle de mouvement, le groupe de Marco Mazza (Université de Loughborough et MPIDS) a créé un modèle pour prédire les probabilités de s’écouler dans une certaine direction. Ce modèle a ensuite été appliqué à des compartiments avec des courbures d’interface plus complexes et vérifié expérimentalement par le laboratoire d’Oliver Bäumchen (MPIDS et Université de Bayreuth). “Il s’avère que la courbure de l’interface est le facteur dominant qui détermine directement le flux du microbe automoteur”, résume Bäumchen.
Une implication technologique pour l’avenir
Comme cette découverte constitue une observation fondamentale, le modèle pourrait tout aussi bien être appliqué à d’autres domaines de la physique de la matière active. “Avec notre modèle, nous pouvons essentiellement prédire statistiquement où se trouvera l’objet d’intérêt dans l’instant suivant”, rapporte Mazza. “Cela pourrait non seulement améliorer considérablement notre compréhension de l’organisation de la vie, mais aussi aider à concevoir des dispositifs techniques.”
Comprendre les principes qui sous-tendent l’organisation de la matière active peut donc avoir des implications directes sur nos futures technologies. Les applications potentielles du modèle pourraient être de diriger le mouvement des micro-organismes photosynthétiques de manière à ce que leur flux puisse propulser un générateur, ce qui serait un moyen direct de convertir la lumière du soleil en énergie mécanique. Mais aussi, dans le secteur pharmaceutique et de la santé, les découvertes des scientifiques pourraient être appliquées : « Une application potentielle dans le secteur médical est le développement de micro-robots livrant des médicaments à leur destination spécifique de manière efficace », conclut Bäumchen.
Source de l’histoire :
Matériel fourni par Institut Max Planck pour la dynamique et l’auto-organisation. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.
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