En utilisant ces pommes, l'équipe a cartographié la croissance de la fossette, ou cuspide comme ils l'appelaient, heures supplémentaires.

Pour comprendre l'évolution de la forme de la pomme et de la cuspide en particulier, les chercheurs se sont tournés vers une théorie mathématique de longue date connue sous le nom de théorie de la singularité. La théorie de la singularité est utilisée pour décrire une multitude de phénomènes différents, des trous noirs, à des exemples plus banals comme les motifs lumineux au fond d'une piscine, rupture des gouttelettes et propagation des fissures.

"Ce qui est passionnant avec les singularités, c'est qu'elles sont universelles. La cuspide de pomme n'a rien à voir avec les motifs lumineux d'une piscine, ou une goutte qui se détache d'une colonne d'eau, pourtant il fait la même forme qu'eux, " a déclaré Thomas Michaels, un ancien boursier postdoctoral à SEAS et co-auteur principal de l'article, maintenant à l'University College de Londres. "Le concept d'universalité est très profond et peut être très utile car il relie des phénomènes singuliers observés dans des systèmes physiques très différents."

En partant de ce cadre théorique, les chercheurs ont utilisé la simulation numérique pour comprendre comment la croissance différentielle entre le cortex du fruit et le noyau entraîne la formation de la cuspide. Ils ont ensuite corroboré les simulations avec des expériences qui imitaient la croissance de pommes à l'aide d'un gel qui gonflait avec le temps. Les expériences ont montré que des taux de croissance différents entre le gros de la pomme et la région de la tige entraînaient une cuspide en forme de fossette.

"Être capable de contrôler et de rejouer la morphogenèse de cuspides singulières en laboratoire avec de simples boîtes à outils matérielles était particulièrement excitant, " dit Aditi Chakrabarti, stagiaire postdoctoral à SEAS et co-auteur de l'article. "La variation de la géométrie et de la composition des imitateurs de gel a montré comment de multiples cuspides se forment, comme on le voit dans certaines pommes et autres drupes, comme les pêches, abricots, cerises et prunes."

L'équipe a découvert que l'anatomie sous-jacente du fruit ainsi que l'instabilité mécanique peuvent jouer un rôle conjoint en donnant naissance à de multiples cuspides dans les fruits.

« Morphogenèse, littéralement l'origine de la forme, est l'une des grandes questions de la biologie, " a déclaré Mahadevan. " La forme de l'humble pomme nous a permis de sonder certains aspects physiques d'une singularité biologique. Bien sûr, il nous faut maintenant comprendre les mécanismes moléculaires et cellulaires à l'origine de la formation de la cuspide, alors que nous nous dirigeons lentement vers une théorie plus large de la forme biologique. »

Cette recherche a été co-écrite par Sifan Yin, un étudiant invité de l'Université Tsinghua et Eric Sun, un ancien premier cycle dans le laboratoire.