Nous, les humains, sommes peut-être encore plus de l'univers que nous ne l'imaginions. Selon une étude publiée dans la revue Physical Review C, les étoiles à neutrons et le cytoplasme cellulaire ont quelque chose en commun: des structures qui ressemblent à des garages à plusieurs étages. En 2014, le physicien de la matière condensée molle Greg Huber et ses collègues ont étudié la biophysique de ces formes - des spirales reliant des feuilles régulièrement espacées - dans le réticulum endoplasmique. Huber et ses collègues les ont nommés Terasaki Ramps en l'honneur de leur découvreur Mark Terasaki, biologiste cellulaire à l'Université du Connecticut.
Huber pensait que ces «garages de stationnement» étaient uniques à la matière molle (comme l'intérieur des cellules) jusqu'à ce qu'il tombe sur les travaux du physicien nucléaire Charles Horowitz de l'Université de l'État de l'Indiana. À l'aide de simulations informatiques, Horowitz et son équipe ont trouvé des formes similaires profondément dans la croûte d'étoiles à neutrons.
«J'ai appelé Chuck et lui ai demandé s'il savait que nous voyions de telles structures dans les cellules et lui ai proposé un modèle», explique Huber, directeur adjoint du Kavli Institute for Theoretical Physics à l'Université de Californie à Santa Barbara. "C'était une nouvelle pour lui, alors j'ai réalisé que nous pourrions avoir une coopération fructueuse."
À la suite de leur travail collaboratif, comme indiqué dans Physical Review C, ils ont étudié la relation entre deux modèles de matière complètement différents.
Les physiciens nucléaires ont une terminologie très précise pour toute la classe de figures qu'ils observent dans leurs modèles informatiques d'étoiles à neutrons: la pâte nucléaire. Il se compose de tubes (spaghetti) et de feuilles parallèles (lasagnes), reliés par des formes en spirale rappelant les rampes Terasaki.
«Ils observent les formes que nous voyons dans la cellule», explique Huber. «Nous voyons un réseau tubulaire, nous voyons des feuilles parallèles. Nous voyons des feuilles interconnectées par des défauts topologiques, que nous appelons des rampes de Terasaki. Par conséquent, les parallèles sont très profonds."
Vidéo promotionelle:
Néanmoins, leur physique est différente. Habituellement, une substance est caractérisée par sa phase, un état qui dépend de variables thermodynamiques: densité (ou volume), température et pression - facteurs qui diffèrent considérablement aux niveaux nucléaire et intracellulaire.
«Pour les étoiles à neutrons, de fortes forces nucléaires et électromagnétiques posent un problème de mécanique quantique», explique Huber. - A l'intérieur de la cellule, les forces maintenant les membranes ensemble sont fondamentalement entropiques et sont liées à la minimisation de l'énergie libre totale du système. À première vue, ce sont des choses complètement différentes."
Une autre différence est l'échelle. Dans le cas nucléaire, ces structures sont basées sur des nucléons tels que les protons et les neutrons, et ces blocs de construction sont mesurés avec des femtomètres (10-15). Dans le cas des membranes intracellulaires, la longueur d'échelle est mesurée en nanomètres (10-9). La différence entre eux est assez grande (10-6), mais en même temps, ils ont des jours et les mêmes formes.
«Cela signifie qu'il y a quelque chose de plus profond que ce que nous comprenons sur la façon de modéliser un système nucléaire», dit Huber. "Lorsque vous avez une collection dense de protons et de neutrons, comme à la surface d'une étoile à neutrons, de fortes forces nucléaires et électromagnétiques se combinent pour vous glisser dans des phases de la matière que vous ne pouvez pas prédire en regardant de petites collections de neutrons et de protons."
La similitude des structures a excité les physiciens théoriciens et les physiciens nucléaires. Martin Savage, par exemple, est tombé sur des cartes d'un nouveau travail sur arXiv et est devenu très intéressé. «J'ai été très surpris qu'un tel état de la matière se produise dans les systèmes biologiques», déclare Savage, professeur à l'Université de Washington. "Il y a certainement quelque chose à ce sujet." De plus, la similitude est également très mystérieuse. Ce n'est que le début.
ILYA KHEL
