Regardez des milliers de vers se démêler « de manière explosive » d’une balle nouée en quelques millisecondes

Les vers peuvent s’emmêler dans un seul nœud géant, pour se défaire rapidement du désordre étroitement enroulé en quelques millisecondes. Maintenant, les mathématiques montrent comment ils le font.

Les chercheurs ont étudié les vers noirs de Californie () – des vers minces pouvant atteindre 4 pouces (10 centimètres) de longueur – en laboratoire, en regardant les vers s’entrelacer par milliers. Même s’il a fallu des minutes aux vers pour former une goutte en forme de boule semblable à un enchevêtrement grondant de lumières de Noëlils pouvaient se démêler du fouillis en un clin d’œil lorsqu’ils étaient menacés, selon une étude publiée le 28 avril dans la revue Science (s’ouvre dans un nouvel onglet).

« Nous voulions comprendre les mécanismes exacts derrière la façon dont les vers modifient leur dynamique de mouvement pour obtenir un enchevêtrement et un démêlage ultrarapide », co-auteur de l’étude Saad Bhamla (s’ouvre dans un nouvel onglet)professeur adjoint à la School of Chemical and Biomolecular Engineering du Georgia Institute of Technology, a déclaré dans un déclaration (s’ouvre dans un nouvel onglet). « De plus, ce ne sont pas seulement des filaments typiques comme de la ficelle, des câbles Ethernet ou des spaghettis – ce sont des enchevêtrements vivants et actifs qui sont hors d’équilibre, ce qui ajoute une couche fascinante à la question. »

Pour provoquer une réponse d’évasion, les chercheurs ont fait briller une lumière ultraviolette sur la masse du ver, ce qui les a fait se disperser « de manière explosive ». Mais l’équipe ne comprenait toujours pas la mécanique de ce qui se passait au centre du ballon. Ils ont donc placé une goutte de ver vivant dans une gelée non toxique et ont utilisé un appareil à ultrasons pour observer le phénomène de l’intérieur. Après avoir rassemblé ces images ultrasonores dans un film, l’équipe a tracé plus de 46 000 points de données pour comprendre « les mathématiques derrière les mouvements » et a créé un modèle mathématique qui pourrait aider à prédire le chemin d’évacuation exact de chaque ver, selon la déclaration.

« Ce qui est frappant, c’est que ces structures enchevêtrées sont extrêmement compliquées », a déclaré l’auteur principal. Vishal Patil (s’ouvre dans un nouvel onglet), un ancien étudiant diplômé de Georgia Tech qui est maintenant boursier postdoctoral en bio-ingénierie à l’Université de Stanford, a déclaré dans le communiqué. « Ce sont des structures désordonnées et complexes, mais ces structures de vers vivants sont capables de manipuler ces nœuds pour des fonctions cruciales. »

Le modèle a prédit que chaque ver se tisserait avec au moins deux autres et qu’ils utiliseraient alors des « mouvements d’onde hélicoïdaux » – en gros, faisant tourner leur corps comme des tire-bouchons – lorsqu’ils auraient besoin de se défaire. Bien que les scientifiques savaient déjà que les vers se déplaçaient de cette manière, la nouvelle étude montre pourquoi ils utilisent ces mouvements rapides, selon le communiqué.

Cette étude est la première théorie mathématique connue de l’enchevêtrement et du démêlage actifs, et les chercheurs pensent qu’elle pourrait être appliquée ailleurs.

« Imaginez un matériau non tissé doux composé de millions de filaments en forme de cordes qui peuvent s’emmêler et se démêler sur commande, formant un pansement adhésif intelligent qui se transforme au fur et à mesure qu’une plaie guérit, ou un matériau de filtration intelligent qui modifie la topologie des pores pour piéger des particules de différentes tailles. ou des propriétés chimiques », a déclaré Bhamla dans le communiqué. « Les possibilités sont infinies. »