Les motifs sur la peau des animaux, tels que les rayures zébrées et les taches de couleur grenouille empoisonnée, remplissent diverses fonctions biologiques, notamment la régulation de la température, le camouflage et les signaux d'avertissement. Les couleurs composant ces motifs doivent être distinctes et bien séparées pour être efficaces. Par exemple, en guise de signal d’avertissement, des couleurs distinctes les rendent clairement visibles par les autres animaux. Et comme camouflage, des couleurs bien séparées permettent aux animaux de mieux se fondre dans leur environnement.
Dans notre recherche récemment publiée dans Science Advances, mon étudiant Ben Alessio et moi proposons un mécanisme potentiel expliquant comment se forment ces modèles distinctifs – qui pourrait potentiellement être appliqué aux diagnostics médicaux et aux matériaux synthétiques.
Une expérience de pensée peut aider à visualiser le défi que représente l’obtention de motifs de couleurs distinctifs. Imaginez que vous ajoutez doucement une goutte de colorant bleu et rouge à une tasse d’eau. Les gouttes se disperseront lentement dans l’eau en raison du processus de diffusion, au cours duquel les molécules se déplacent d’une zone de concentration plus élevée vers une zone de concentration plus faible. Finalement, l’eau aura une concentration uniforme de colorants bleus et rouges et deviendra violette. Ainsi, la diffusion tend à créer une uniformité des couleurs.
Une question se pose naturellement : comment des motifs de couleurs distincts peuvent-ils se former en présence de diffusion ?
Le mathématicien Alan Turing a abordé cette question pour la première fois dans son article fondateur de 1952, « Les bases chimiques de la morphogenèse ». Turing a montré que dans des conditions appropriées, les réactions chimiques impliquées dans la production de la couleur peuvent interagir les unes avec les autres de manière à contrecarrer la diffusion. Cela permet aux couleurs de s'auto-organiser et de créer des régions interconnectées avec différentes couleurs, formant ce que l'on appelle maintenant des motifs de Turing.
Cependant, dans les modèles mathématiques, les limites entre les régions colorées sont floues en raison de la diffusion. Ceci est différent de la nature, où les limites sont souvent nettes et les couleurs bien séparées.
De nombreux animaux marins ont des motifs qui les aident à se fondre dans l’environnement sous-marin. Groupe HUM Images/Universal Images via Getty ImagesNotre équipe a pensé qu'un in...
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