"Grand-mère, pourquoi as-tu de si grandes oreilles ?" est l'une des questions les plus connues de la littérature, posé bien sûr par le Chaperon Rouge alors qu'elle observe avec hésitation le loup vêtu des vêtements de sa grand-mère. Si le Chaperon Rouge avait été physicien, elle aurait bien pu demander :« Grand-mère, pourquoi tes deux oreilles ont-elles exactement la même longueur ?"

Les scientifiques sont conscients de ce « problème de longueur » depuis longtemps, mais il a été largement négligé pendant la majeure partie du vingtième siècle. Robert B. Laughlin, qui a remporté le prix Nobel de physique en 1998, a écrit un article intéressant sur le sujet. Dans "Les ondes critiques et le problème de longueur de la biologie, " Laughlin déclare que pendant une longue période aucun progrès significatif n'a été fait dans la compréhension de la façon dont les organismes régulent leur longueur. Il a proposé que les êtres vivants puissent se dimensionner et qu'une fois qu'ils ont acquis cette information, ils peuvent réagir en conséquence, par exemple, en cessant de développer leurs bras ou leurs jambes une fois que ces membres ont atteint leur taille « désirée ».

Les physiciens de l'Université de la Sarre ont repris ces idées et ont développé un modèle mathématique qui peut être utilisé pour décrire comment les systèmes biologiques peuvent mesurer leur longueur. Étudiant diplomé, Frédéric Folz, qui a abordé le problème dans son mémoire de maîtrise, a maintenant publié les résultats dans la revue hautement cotée Examen physique E dans un article co-écrit par Giovanna Morigi, Professeur de physique quantique théorique, Karsten Kruse, Professeur de Physique Biologique Théorique, et Lukas Wettmann, un doctorat étudiant dans le groupe de Kruse.

Les scientifiques ont choisi d'étudier les axones comme système modèle. Les axones sont des composants clés des cellules nerveuses (neurones). Les axones agissent comme un lien entre les cellules nerveuses et permettent aux signaux électriques de passer d'un neurone à un autre. Comme la longueur d'un axone peut varier de quelques micromètres à plusieurs mètres, les organismes doivent évidemment avoir des moyens de contrôler la durée de croissance des axones spécifiques. "Nous avons réussi à développer un modèle de mécanisme qui explique comment un organisme peut faire exactement cela. Le modèle explique non seulement comment les neurones peuvent déterminer leur propre longueur, elle peut aussi être généralisée à d'autres systèmes biologiques, " explique Frédéric Folz.

Les molécules de signalisation chimique qui régulent la croissance dans les systèmes biologiques se comportent de la manière suivante :« Les molécules se propagent dans le système sous forme d'ondes chimiques jusqu'à ce qu'elles atteignent l'extrémité de l'axone, " dit Folz. Si la fréquence à laquelle cette 'onde moléculaire' revient à son point d'origine est élevée, la structure biologique à travers laquelle l'onde est passée est courte; si la fréquence d'un tel cycle est faible, le retour du produit chimique a ensuite pris plus de temps et la structure est d'autant plus grande. Une molécule a besoin de moins de temps pour parcourir quelques micromètres à l'intérieur d'une bactérie que pour se déplacer de la racine à la cime d'un chêne. Les physiciens ont décrit ce mécanisme à l'aide d'un modèle mathématique.

Les chercheurs supposent qu'un système biologique, comme un arbre, un humain ou une cellule, peut « mesurer » la fréquence de ces cycles et peut donc déterminer et donc contrôler la longueur de, dire, une feuille ou une jambe.

Leurs travaux pourraient être d'une importance fondamentale pour la recherche future sur une variété de maladies. "Notre modèle peut également être utilisé dans le domaine de l'électronique pour réguler différentes grandeurs physiques, " dit Folz. Le modèle intègre également des éléments qui peuvent décrire la dynamique d'Internet et, plus généralement, d'autres réseaux artificiels et pourraient bien servir de base à d'autres développements et améliorations dans ces domaines.