Les mathématiques imitent la vie. Le nouveau modèle permet à différentes couches de feuilles de croître à des rythmes différents, un composant nécessaire pour générer la flexion nécessaire pour une feuille de lotus en forme de bol, montré ici comme la prédiction du modèle (à gauche), comme on le voit dans la nature (au milieu), et tel qu'il est apparu dans des expériences avec un caoutchouc imitant les feuilles (à droite). Crédit :F. Xu et al., Phys. Rév. Lett. (2020)
Un trio de chercheurs de l'Université de Fudan a amélioré un modèle mathématique pour lui permettre de prédire la forme de différents types de feuilles sur les plantes de lotus. Dans leur article publié dans la revue Lettres d'examen physique , le groupe décrit leur travail mathématique et comment ils l'ont testé avec des matériaux du monde réel.
De retour en 2008, une équipe en France a créé un modèle mathématique pour décrire la croissance des tissus mous comme moyen de prédire la manière dont les formes des algues et des champignons apparaissent. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont étendu le modèle précédent pour inclure la croissance des feuilles sur les plantes.
Le nouveau modèle inclut deux nouveaux éléments dans les prédictions de croissance :les feuilles qui flottent sur l'eau et les couches de cellules sur les feuilles qui poussent à des rythmes différents, entraînant une flexion des feuilles. Notamment, les chercheurs ont modifié le modèle précédent pour expliquer comment les plantes de lotus sont capables de produire deux types de motifs de feuilles. Les feuilles de lotus qui flottent à la surface de l'eau sont plates avec des volants sur les bords. Les feuilles qui poussent au-dessus de l'eau sont en forme de bol. En tenant compte des deux nouveaux éléments, les chercheurs ont pu modéliser et prédire avec précision les schémas de croissance des feuilles de lotus.
Dans les deux cas, le modèle a pris en compte l'impact des bords ondulés qui se produisent lorsqu'une feuille pousse avec plus de surface que ne peut en tenir une surface lisse. Avec des feuilles liées à l'eau, l'énergie nécessaire pour soulever l'eau adhérente est minimisée par la configuration plate. Les feuilles qui poussent au-dessus de l'eau ne sont pas tirées vers le bas par le poids de l'eau - elles sont libres de prendre n'importe quelle forme. Mais parce que les cellules se développent plus rapidement là où la lumière du soleil les frappe, ils forment des bols qui suivent le soleil comme des tournesols. La pente des parois du bol varie en fonction des conditions environnementales.
Le modèle a été initialement testé via des simulations informatiques. Il a ensuite été testé dans le monde réel en utilisant un matériau de remplacement pour les feuilles de lotus qui était beaucoup plus facile à tester. Le matériau qu'ils ont choisi se développe lorsque l'eau est appliquée. Cela a permis aux chercheurs de voir comment le matériau prendrait forme lorsqu'il flottait sur l'eau plutôt que lorsqu'il était suspendu au-dessus. Le test a montré que les feuilles se formaient dans les mêmes formes que les plantes de lotus.
Effet de l'eau sur la morphogenèse de diverses feuilles de plantes aquatiques. Crédit: Lettres d'examen physique (2020). DOI :10.1103/PhysRevLett.124.038003
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