Le comportement des organismes vivants pourrait obéir aux mêmes lois mathématiques que les phénomènes physiques, comme la météo et le mouvement des planètes, dit une nouvelle recherche de l'unité de théorie de la physique biologique de l'Université d'études supérieures de l'Institut des sciences et technologies d'Okinawa (OIST).

La physique a l'habitude de prédire et de modéliser avec succès le mouvement à des échelles très différentes, des molécules aux trous noirs en collision. Mais en ce qui concerne le comportement des organismes vivants, le concept est encore très nouveau. Doctorat récent de l'OIST. diplômé, Dr Tosif Ahamed, fait partie d'un groupe de scientifiques pionniers dans ce domaine. Ses recherches, Publié dans Physique de la nature , utilisé une espèce de petit ver, Caenorhabditis elegans , proposer un cadre pour capturer la structure mathématique sous-jacente aux animaux en mouvement.

"Les neurosciences ont tendance à se concentrer sur ce qui se passe à l'intérieur du cerveau, " a déclaré le Dr Ahamed. " Mais cela s'exprime souvent par le mouvement et le comportement d'un animal. Par conséquent, comprendre leur comportement nous donne une fenêtre sur leur cerveau. Récemment, il y a eu une explosion de technologies capables d'enregistrer le comportement des animaux en haute résolution."

Professeur Greg Stephens, qui dirige l'Unité OIST, ajouté à cela, « Des progrès technologiques remarquables ont permis de nouvelles, mesures de précision des systèmes vivants à toutes les échelles, des molécules d'ADN aux cellules du cerveau, à des organismes entiers. Mais il nous manque actuellement un cadre fondamental pour comprendre la dynamique de ces systèmes et les séquences de mesures dans le temps. Notre travail rapporté ici aidera à changer cela. »

C. elegans ont été une espèce importante pour de nombreux projets révolutionnaires en biologie et en neurosciences, mais c'est leur simplicité qui les a rendues idéales pour cette étude. Comme l'a expliqué le Dr Ahamed, mathématiquement parlant, la forme des vers sur une plaque 2-D est simplement une courbe, ce qui est relativement facile à décrire.

L'équipe de recherche, qui comprenait le Dr Antonio Costa de la Vrije Universiteit Amsterdam, utilisé des enregistrements vidéo de haute qualité du ver, et converti la forme de chaque image en un ensemble de nombres. Pour faire ça, ils ont divisé le ver en 100 points et mesuré les angles tangents à ces points. Les chercheurs avaient précédemment découvert que la posture d'un ver pouvait être représentée par seulement quatre formes stéréotypées, pour lesquels ils ont surnommé les « vers propres ». Essentiellement, en mélangeant ces vers propres en différentes quantités, tout le monde peut dessiner à quoi ressemble un ver à un instant donné.

Mais dans cette étude, les chercheurs ont regardé plus profondément. Au lieu de tirer le ver d'un seul coup, ils ont cherché à « dessiner » la dynamique de son comportement, essentiellement pour trouver la structure dans une séquence de formes de vers.