Une connexion cosmique ? Similarités entre des cellules humaines et des étoiles à neutrons

Des physiciens en matière condensée suggèrent qu’il y a une connexion entre des cellules humaines connues comme des cytoplasmes et les étoiles à neutrons.


Des physiciens en matière condensée suggèrent qu'il y a une connexion entre des cellules humaines connues comme des cytoplasmes et les étoiles à neutrons.

L’expression que nous sommes des enfants des étoiles pourrait être plus qu’une analogie poétique. Une recherche publiée dans la revue Physical Review C suggère que les et les cellules connues comme des possèdent des structures similaires à des garages de stationnement.

En 2014, Greg Huber, physicien en matière condensée et ses collègues ont exploré la biophysique de ces formes. On peut les comparer à des hélices qui s’empilent sur des feuilles espacées dans une organelle de cellule connue comme un réticulum endoplasmique (ER). Huber et ses collègues ont surnommé ces formes comme des rampes de Terasaki en hommage à celui qui les a découverts, Mark Terasaki, un biologiste cellulaire de l’université du Connecticut.

Huber pensait que ces garages de stationnement étaient uniques à la matière molle (comme dans l’intérieur des cellules) jusqu’à ce qu’il tombe sur les travaux de Charles Horowitz, physicien nucléaire de l’université d’Indiana. En utilisant des modèles informatiques, Horowitz et son équipe ont trouvé la même forme dans la croute des étoiles à neutrons. Les deux physiciens ont discuté de ces similarités et ils ont cherché à déterminer s’il y avait des relations en dehors des probabilités du hasard. 1

Les physiciens nucléaires ont leur propre jargon pour classer les formes qu’ils voient dans leurs simulations informatiques concernant les étoiles à neutron qui sont le Nuclear Pasta. Le Nuclear Pasta inclut des tubes (des spaghettis) et des feuilles parallèles (des lasagnes) qui sont connectés par des formes hélicoïdales. Ils ont vu une variété de formes qu’on voyait dans la cellule selon Huber. Nous voyions un réseau tubulaire, des feuilles parallèles et ces feuilles étaient connectées via des effets topologiques qu’on avait surnommés comme des rampes de Terasaki. Donc, nous estimons que c’est supérieur aux probabilités du hasard, car ce sont 3 formes qui sont connectées et qui sont très similaires.

De plus, on trouve également des similarités dans la sous-jacente. En général, la matière est caractérisée par sa phase qui dépend des variables thermodynamiques. La densité, la température et la pression sont des facteurs qui sont différents au niveau nucléaire ou dans un contexte intracellulaire.

Pour les étoiles à neutrons, la force nucléaire forte et électromagnétique crée un problème fondamental dans la mécanique quantique selon Huber. À l’intérieur des cellules, les forces qui maintiennent les membranes sont fondamentalement entropiques et elles concernent la minimisation de l’énergie libre globale du système. À première vue, les 2 systèmes sont très différents.

Et la taille est une autre différence. Dans le cas nucléaire, les structures se basent sur des nucléons comme des protons et des neutrons et ces briques élémentaires se mesurent en femtomètres (10-15). Pour les membranes cellulaires comme l’ER, l’échelle de longueur est en nanomètres (10-9). Entre les deux, on a un facteur d’un million (10-6), mais il s’avère que ces systèmes avec des paramètres très différents créent les mêmes formes.

Cela signifie qu’il y a quelque chose de profond qu’on ne comprend pas sur la modélisation d’un système nucléaire selon Huber. Quand vous avez une collection dense de protons et de neutrons comme c’est le cas sur la surface d’une étoile à neutron, alors la force nucléaire forte et électromagnétique va faire en sorte de vous donner des phases de matière que vous ne pouvez pas prédire si vous considérez l’action de ces forces sur une petite collection de neutrons et protons. En termes clairs, ces phases de matière sont similaires uniquement dans le cas d’une et non d’un autre système nucléaire.

D’autres physiciens sont intéressés par ces similarités. Martin Savage, physicien au KITP, a été intrigué par les graphiques du papier lorsque ce dernier a été publié sur arXiv. Les phases similaires qui émergent dans ce système biologique m’ont beaucoup surpris selon ce chercheur. Horowitz, co-auteur du papier, estime que ces formes similaires dans des systèmes aussi différents suggèrent que l’énergie d’un système dépend de la forme dans une méthode universelle et simple. Mais les auteurs ne proposent aucune explication sur cette similarité et ils estiment que leur papier pourrait être le début de quelque chose d’excitant. Ou qu’on découvrira simplement que le hasard est assez facétieux pour nous faire croire que nos cellules humaines ont des points communs avec des étoiles à neutrons.

Sources

1.
Berry DK, Caplan ME, Horowitz CJ, Huber G, Schneider AS. “Parking-garage” structures in nuclear astrophysics and cellular biophysics. Physical Review C. 2016;94(5). doi: 10.1103/physrevc.94.055801

N'oubliez pas de voter pour cet article !
1 étoile2 étoiles3 étoiles4 étoiles5 étoiles (No Ratings Yet)
Loading...
mm

Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *