Le groupe du professeur Michael Murrell (auteur principal Zachary Gao Sun, étudiant diplômé en physique) en collaboration avec le groupe Papoïa du professeur Garegin de l'Université du Maryland à College Park a trouvé des phénomènes critiques (criticité auto-organisée) qui rappellent les tremblements de terre et les avalanches à l'intérieur du cytosquelette cellulaire.
Dans une découverte révolutionnaire, les chercheurs ont constaté que le cytosquelette de la cellule – la machine mécanique de la cellule – représente un peu comme la croûte de la Terre, régulant constamment la façon dont il dissipe l'énergie et transmet des informations. Ce comportement d'autorégulation permet aux cellules de réaliser des processus complexes tels que la migration et la division avec une précision remarquable.
Encore plus frappant, l'étude établit des parallèles entre le comportement des structures cellulaires microscopiques et des corps célestes massifs, ce qui suggère que les principes de la criticité – où les systèmes s'accordent naturellement au bord de la transformation – peut être universel à travers des échelles très différentes de la nature.
Les résultats suggèrent également qu'une transition de type métal-isolant dans l'information et la propagation d'énergie peut être réglée via le dos de la géométrie et de la contrainte active à l'intérieur du cytosquelette, rappelant un phénomène appelé localisation d'Anderson, couramment observé dans divers domaines de physique de la matière condensée.
Cela indique en outre que la cellule, en tant que machinerie vivante, utilise des principes énergétiques et mécaniques couramment observés dans les systèmes non vivants pour traiter les informations par l'auto-réglage. L'œuvre est publiée dans la revue Physique de la nature.
« Que la cellule en tant que machinerie soit prête sur un état critique, et en outre, comment, ont été les sujets centraux de certains biophysiciens au cours des deux dernières décennies. Ici, nous avons observé des phénomènes dans un cadre expérimental bien contrôlé, et a proposé le mécanisme. N'est-il pas étonnant de voir des similitudes à travers les objets à l'échelle sous le microscope avec le télescope? » A commenté le soleil.
Le soleil et les collègues ont découvert que les cellules peuvent réguler les informations et le flux d'énergie en utilisant un mécanisme étonnamment similaire à un phénomène de physique bien connu appelé localisation d'Anderson – un processus généralement observé dans des systèmes non vivants comme les métaux et les isolateurs désordonnés. La recherche montre que le cytosquelette, l'échafaudage interne de la cellule, peut subir une transition de type métal-isolant dans la façon dont il transmet les signaux et l'énergie.
Cette transition semble être finement réglée par la cellule elle-même par la rétroaction entre sa géométrie et sa contrainte interne. Les résultats suggèrent que les cellules, comme les machines finement modifiées, exploitent les lois physiques de la matière condensée pour adapter et traiter les informations – en train de faire la frontière entre les vivants et l'inanimé.
Ce travail motive les scientifiques dans différentes disciplines à se demander si une lois universelles de criticité sans échelle existe vraiment, et chaque cellule est son propre «univers».
