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Un système proposé par Alan Turing, briseur de code de la seconde guerre mondiale, il y a plus de 60 ans, peut expliquer le modèle d’écailles dentaires que possèdent les requins, selon de nouvelles recherches.
Les scientifiques du Département des sciences animales et végétales de l’Université de Sheffield ont découvert que la théorie de Turing sur la réaction-diffusion – largement acceptée comme méthode de création de motifs dans les poils de souris et les plumes de poulet – s’applique également aux écailles de requin.
Les résultats peuvent expliquer comment la configuration des écailles de requin a évolué pour réduire la traînée pendant la nage, économisant ainsi de l’énergie pendant le mouvement. Les scientifiques pensent que l’étude des motifs pourrait aider à concevoir de nouveaux matériaux inspirés des requins pour améliorer l’efficacité énergétique et l’efficacité des transports.
Turing, père de l’ordinateur, a mis au point le système de réaction-diffusion qui a été publié en 1952, deux ans avant sa mort. Ses équations décrivent comment les signaux moléculaires peuvent interagir pour former des motifs complexes.
Dans le journal, publié dans la revue Science Advances, les chercheurs ont comparé le modèle des écailles de requin à celui des plumes de poulet.
Ils ont découvert que les mêmes gènes de base sous-jacents à la formation de motifs de plumes sous-tendent également le développement des écailles de requin et suggèrent que ces gènes peuvent être impliqués dans la formation de motifs d’autres structures cutanées vertébrées, comme les épines et les dents.
Le Dr Gareth Fraser, anciennement de l’Université de Sheffield et maintenant de l’Université de Floride, a déclaré : “Nous avons commencé à observer les poussins et la façon dont ils développent leurs plumes. Nous avons trouvé ces très jolies lignées d’expression génique qui forment un motif où ces taches apparaissent et finissent par se transformer en plumes. Nous avons pensé que le requin faisait peut-être la même chose, et nous avons trouvé deux rangées sur la surface dorsale, ce qui déclenche tout le processus.
“Nous avons fait équipe avec un mathématicien pour déterminer quel est le modèle et si nous pouvons le modéliser. Nous avons découvert que les dents de peau de requin sont précisément modelées par un ensemble d’équations qu’Alan Turing — le mathématicien, l’informaticien et le décodeur — a trouvées.
“Ces équations décrivent comment certains produits chimiques interagissent pendant le développement des animaux et nous avons découvert que ces équations expliquent le modèle de ces unités.”
Les chercheurs ont également démontré comment le fait d’ajuster les apports du système de Turing peut donner lieu à divers modèles d’échelle comparables à ceux observés chez les espèces de requins et de raies vivantes aujourd’hui.
Ils suggèrent que les variations naturelles du système de Turing pourraient avoir permis l’évolution de différents traits chez ces animaux, y compris la réduction de la traînée et la fourniture d’une armure défensive.
Rory Cooper, doctorante à l’Université de Sheffield, a déclaré : “Les requins appartiennent à un groupe de vertébrés anciens, longtemps séparés de la plupart des autres vertébrés à mâchoires. L’étude de leur développement nous donne une idée de ce à quoi pouvaient ressembler les structures de la peau au début de l’évolution des vertébrés.
“Nous voulions en savoir plus sur les processus de développement qui contrôlent la façon dont ces diverses structures sont structurées, et donc les processus qui facilitent leurs diverses fonctions.
Les scientifiques ont utilisé une combinaison de techniques, y compris la modélisation réaction-diffusion, pour créer une simulation basée sur les équations de Turing, afin de démontrer que son système peut expliquer les modèles à l’échelle des requins, lorsque les paramètres sont réglés correctement.
M. Cooper a ajouté : “Depuis de nombreuses années, les scientifiques et les ingénieurs s’efforcent de créer des matériaux inspirés de la peau de requin pour réduire la traînée et accroître l’efficacité des personnes et des véhicules pendant la locomotion.
“Nos résultats nous aident à comprendre comment les écailles de requins sont structurées, ce qui est essentiel pour permettre leur fonction dans la réduction de la traînée.
Par conséquent, cette recherche nous aide à comprendre comment ces propriétés de réduction de la traînée sont apparues pour la première fois chez les requins, et comment elles changent entre les différentes espèces.”
Le patronage est un aspect important qui contribue à la réduction de la traînée chez certaines espèces de requins. Une autre est la forme des échelles individuelles. Les chercheurs veulent maintenant examiner les processus de développement qui sous-tendent la variation de forme à la fois au sein des différentes espèces de requins et entre elles.
“Comprendre comment ces deux facteurs contribuent à la réduction de la traînée mènera, nous l’espérons, à la production de matériaux améliorés et largement applicables inspirés des requins, capables de réduire la traînée et d’économiser l’énergie “, a ajouté M. Cooper.
Source :
Matériel fourni par l’Université de Sheffield