La diversité des modèles nanostructuraux cornéens parmi les groupes d'arthropodes :(AandB) Nanostructures cornéennes de Trichoptères. Mamelons fusionnés ainsi que sous-dimensionnés dans un réseau de mamelons irréguliers de la famille Phryganeidae (A) et nanorevêtement en forme de labyrinthe de la famille Limnephilidae (B). (C) Brins parallèles clairement exprimés dans une vraie araignée. (D) Nanopattern alvéolé d'un perce-oreille (Dermaptera). (E) Mamelons fusionnant dans le labyrinthe sur la cornée du plécoptère (Plecoptera). (FandG) Fusion de mamelons diptères individuels en brins et labyrinthes parallèles :fusion complète des mamelons en brins et labyrinthes sur toute la surface cornéenne chez les Tabanidae (F); fusion partielle des mamelons au centre de la cornée des Tipulidae en protubérances allongées, puis fusion complète en un ensemble de brins parallèles près du bord ommatidial (G). (H) Fusion de terriers et de fossettes individuels dans une structure en forme de labyrinthe sur un bourdon (Apidae, Hyménoptères) cornée. Toutes les dimensions de l'image sont de 5×5μm, sauf pourH, qui est de 3×3μm. La hauteur de la surface en nanomètres est indiquée par l'échelle de couleurs affichée à côté des images 2D. Crédit :Artem Blagodatsky et al
En 1952, le légendaire mathématicien et cryptographe britannique Alan Turing a proposé un modèle qui suppose la formation de motifs complexes par l'interaction chimique de deux réactifs diffusants. Des scientifiques russes ont réussi à prouver que les nanomotifs de la surface cornéenne de 23 ordres d'insectes s'intègrent parfaitement dans ce modèle.
Leurs travaux sont publiés dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .
L'étude a été menée par une équipe travaillant à l'Institut de recherche sur les protéines de l'Académie des sciences de Russie, (Pushchino, Russie) et le Département d'entomologie de la Faculté de biologie de l'Université d'État Lomonossov de Moscou.
L'objectif initial de l'étude était de caractériser l'antireflet, nanopatterns tridimensionnels couvrant la cornée de l'œil d'insecte en ce qui concerne la taxonomie des insectes étudiés et pour avoir un aperçu de leur chemin d'évolution possible.
Le résultat était surprenant, car la morphologie du motif n'était pas corrélée avec la position de l'insecte sur l'arbre évolutif. Au lieu, Des scientifiques russes ont caractérisé quatre principaux nanomotifs morphologiques cornéens, ainsi que des formes de transition entre eux, omniprésente parmi la classe des insectes. Une autre découverte était que toutes les formes possibles des motifs correspondaient directement au tableau de motifs prédit par le célèbre modèle de réaction-diffusion de Turing publié en 1952, ce que les scientifiques russes ont confirmé non seulement par une simple observation, mais par modélisation mathématique, également. Le modèle suppose la formation de motifs complexes par interaction chimique de deux réactifs diffusants.
Une illustration de la recherche. Crédit :Mikhail Kryuchkov
L'analyse a été réalisée au moyen d'une microscopie à force atomique avec une résolution allant jusqu'au nanomètre unique. "Cette méthode nous a permis d'élargir considérablement les données précédemment disponibles, acquis par microscopie électronique à balayage; il a également permis de caractériser directement les motifs de surface, pas basé sur l'analyse de répliques métalliques. Quand c'est possible, nous avons toujours examiné des cornées appartenant à des familles distinctes d'un ordre pour avoir un aperçu de la diversité des motifs intra-ordre, ", explique le chercheur Artem Blagodatskiy.
L'ouvrage éclaire les mécanismes sous-jacents à la formation de nano-motifs biologiques tridimensionnels, démontrant le premier exemple du modèle de réaction-diffusion de Turing agissant dans le bio-nanomonde.
De façon intéressante, le mécanisme de nanomotif de Turing est commun non seulement pour la classe des insectes, mais aussi pour les araignées, scorpions et mille-pattes, en d'autres termes, il semble être universel pour les arthropodes. En raison des propriétés antireflet des nanorevêtements cornéens d'insectes, les mécanismes révélés ouvrent la voie à la conception de nanosurfaces artificielles antireflet.
"Un développement futur prometteur du projet est une analyse génétique planifiée de la formation de nanopatterns cornéens sur la plate-forme du modèle bien étudié Drosophila melanogaster (mouche des fruits). Les mouches des fruits de type sauvage possèdent un nanorevêtement de type mamelon sur leurs yeux, dit Blagodatskiy.
Différentes combinaisons de protéines surexprimées et sous-exprimées connues pour être responsables du développement de la cornée chez la drosophile peuvent modifier le motif du mamelon en un autre type de motif, et ainsi éclairer la nature chimique des composés formant les structures de type Turing sur les yeux d'insectes. Révéler des protéines et/ou d'autres agents responsables de la formation de nanomotifs pourrait conduire à la conception artificielle de nanorevêtements avec les propriétés souhaitées. Les chercheurs espèrent également effectuer une comparaison des caractéristiques antireflet de différents types de nanorevêtements caractérisés.
