Chez les poissons et autres animaux, les cellules coniques de détection de couleur dans la rétine sont disposées selon des motifs spécifiques, et cela est considéré comme important pour permettre aux animaux de sentir correctement leur environnement. Maintenant, dans une recherche publiée dans Examen physique E , un groupe interdisciplinaire de physiciens et de biologistes a utilisé un modèle mathématique pour déterminer comment les cellules coniques du poisson zèbre - un modèle expérimental commun de poisson - sont disposées selon un modèle spécifique chez tous les individus. Il s'avère que de petits défauts dans les motifs conduisent les cellules à ne s'organiser que dans l'un des deux motifs possibles qui pourraient autrement émerger.

Les yeux de ces poissons ont quatre types différents de cellules coniques, qui sent le bleu, ultra-violet, et une combinaison de rouge et de vert. Les cellules « double cône » qui détectent le rouge et le vert peuvent être disposées dans différentes orientations, afin que les cellules puissent se retrouver dans un modèle d'ultraviolet, bleu, et les cellules rouges/vertes dans différents modèles. Au fur et à mesure que les yeux de poisson se développent, ces cellules proviennent d'une zone appelée zone marginale ciliaire, se différencier en différentes cellules coniques, et s'organiser dans un motif aléatoire. Cependant, ils finissent par se réorganiser selon un certain schéma. Une hypothèse est que les motifs émergent de la force d'adhésion différente entre les cellules dans diverses orientations. Essentiellement, ils se retrouvent dans un modèle qui a le niveau d'énergie le plus bas.

« Bien que cela soit bien connu, " explique Noriaki Ogawa, le premier auteur de l'article, "il y a un problème inexpliqué. Il s'avère qu'il y a deux modèles avec le même niveau d'énergie le plus bas, l'une parallèle à la croissance de la rétine et l'autre perpendiculaire à celle-ci, de sorte qu'ils soient simplement le même modèle mais tournés de 90 degrés. En vrai poisson, cependant, un seul des deux modèles est réellement trouvé."

Les auteurs ont réalisé qu'il devait y avoir un mécanisme conduisant à ce modèle. Ils ont constaté que bien que les deux modèles soient équivalents s'ils sont examinés à l'aide d'un modèle statique, ils ne l'étaient pas dans un cadre dynamique. À l'aide d'un modèle mathématique, sélection de motif dynamique, ils ont découvert que les petits défauts qui apparaissent dans le motif peuvent le perturber et le pousser à se réorganiser d'une manière qui conduit toujours au motif trouvé dans les vrais poissons.

"C'est une découverte importante, " explique Ogawa, "parce que cela pourrait avoir des implications pour le développement d'autres structures dans de nombreux organismes." « Il y a beaucoup de travail à faire pour bien expliquer la situation, " poursuit-il. " Nous savons qu'il existe d'autres mécanismes, à savoir gradients de concentration de produits chimiques, appelés morphogènes, qui dirigent le processus de développement, et les polarités des cellules. Afin de bien comprendre comment ces modèles émergent dans les organismes réels, nous devons également comprendre la relation entre ces mécanismes, et aussi pour déterminer expérimentalement la force d'adhérence réelle entre les cellules et d'autres paramètres. »