Les tubercules d'oursin présentent un motif de Voronoi

Architecture et régions des tubercules examinées. ( a ) Micrographie SEM (vue de dessus) de la plaque interambulacraire Paracentrotus lividus montrant le tubercule primaire de la colonne vertébrale et sa variabilité microstructurale stéréom. Trois types de stéréomes peuvent être reconnus :(1) microperforés, (2) à galeries et (3) labyrinthiques. De plus, le mamelon des épines secondaires (ms) est également représenté. La référence topographique de la région est soulignée par un cercle en trait plein dans lequel les pores (p) et les trabécules (t) sont indiqués (flèches). (b) Micro-CT scan de la sous-section du boss tubercule extraite par la plaque interambulacraire de P. lividus montrant (a) des vues transversales, (b) sagittales et (c) coronales. Crédit :Journal of The Royal Society Interface (2022). DOI :10.1098/rsif.2022.0226

Une équipe de chercheurs affiliés à plusieurs institutions italiennes, travaillant avec un collègue des États-Unis, a découvert que les menuisiers de la colonne vertébrale des oursins ont des formations osseuses conformes à un modèle de Voronoi. Dans leur article publié dans Journal of the Royal Society Interface , le groupe décrit leur étude approfondie des échinoïdes et ce qu'ils ont appris sur la structure de leur colonne vertébrale.

Les oursins sont des échinodermes épineux, généralement arrondis, appartenant à la classe des Echinoidea. Les épines de la créature marine sont reliées à une coquille dure, qui sert à protéger les organes beaucoup plus mous à l'intérieur. Dans ce nouvel effort, les chercheurs étudiaient les moyens par lesquels les épines se fixent à la coquille, via ce qu'on appelle les tubercules squelettiques. Les chercheurs notent que les tubercules doivent être solides pour empêcher les prédateurs de déchirer les épines de la coquille et d'accéder ainsi à la coquille. Pour en savoir plus sur la nature de leur résistance, ils ont examiné des échantillons au microscope à effet tunnel. Les chercheurs ont découvert que la structure osseuse qui compose les tubercules semble se conformer à un modèle de Voronoi.

Les motifs de Voronoi sont créés artificiellement à l'aide d'une formule mathématique pour diviser une région donnée en cellules en forme de polygone, chacune créée autour de certains points appelés graines. Pour créer le motif, qui ressemble un peu à un nid d'abeilles (qui suit également un motif de Voronoi, comme le font certaines ailes de libellule), des cellules sont créées en suivant la règle du plus proche voisin, qui dicte que tout endroit donné à l'intérieur d'une cellule est plus proche du sien. graine qu'à toute autre graine.

Pour savoir dans quelle mesure les tubercules se conforment au modèle de Voronoi, les chercheurs ont pris des images d'une section et l'ont comparée à des images générées par ordinateur qui suivent exactement le modèle et ont trouvé une correspondance de 82 %.

Les chercheurs suggèrent que le modèle a évolué dans les tubercules pour fournir à l'oursin la meilleure combinaison possible de force et de poids. Ils suggèrent également que la façon dont le motif s'est développé chez l'oursin pourrait fournir un modèle pour la création d'objets utiles aux humains - des couvertures pour les capteurs, par exemple, qui sont à la fois solides et légères. + Explorer plus loin