Le ver marin Perinereis cultrifera poss\u00e8de des m\u00e2choires qui brouillent la fronti\u00e8re entre le vivant et le m\u00e9tal. Compos\u00e9s de prot\u00e9ines et d'ions m\u00e9talliques, les organes mordants de ce ver marin ancestral durcissent \u00e0 leur extr\u00e9mit\u00e9 et se comportent de mani\u00e8re similaire \u00e0 ceux du cuivre ou de l'argent.<\/p>\n
Des chercheurs de l'Universit\u00e9 technique de Vienne et de l'Universit\u00e9 de Vienne ont \u00e9tudi\u00e9 ces propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques inhabituelles dans la revue Biophysics Reviews. Leurs travaux confortent l'existence de la cat\u00e9gorie propos\u00e9e de \u00ab\u00a0biom\u00e9taux\u00a0\u00bb, qui d\u00e9signe des mat\u00e9riaux naturels combinant des structures de type polym\u00e8re avec la duret\u00e9 et les propri\u00e9t\u00e9s de d\u00e9formation caract\u00e9ristiques des m\u00e9taux.<\/p>\n
Ce terme est plus pr\u00e9cis que des d\u00e9signations telles que \u00ab biomat\u00e9riaux de type m\u00e9tallique \u00bb. Les chercheurs affirment que les biom\u00e9taux devraient \u00eatre \u00e9valu\u00e9s selon trois crit\u00e8res\u00a0: la duret\u00e9, le comportement \u00e0 la d\u00e9formation et la structure iono-prot\u00e9ique.<\/p>\n
Perinereis cultrifera, un ver polych\u00e8te pr\u00e9dateur qui existe encore aujourd'hui, constitue un exemple int\u00e9ressant pour l'\u00e9tude de ses proies. Ses m\u00e2choires contiennent des prot\u00e9ines structurales li\u00e9es \u00e0 des ions m\u00e9talliques. Le ver utilise ces prot\u00e9ines pour mordre, broyer et consommer ses proies.<\/p>\n L'\u00e9quipe de recherche a examin\u00e9 la m\u00e2choire dans son int\u00e9gralit\u00e9, et non seulement sa partie m\u00e9diane. Ils ont test\u00e9 11 sites dans les portions centrale et apicale de la m\u00e2choire.<\/p>\n Gr\u00e2ce \u00e0 une technique appel\u00e9e nanoindentation, les chercheurs ont enfonc\u00e9 une minuscule sonde dans le mat\u00e9riau \u00e0 six profondeurs diff\u00e9rentes. Cette m\u00e9thode cr\u00e9e des indentations microscopiques et permet de mesurer la r\u00e9sistance de l'\u00e9chantillon \u00e0 ces indentations.<\/p>\n L'analyse chimique et l'imagerie ont r\u00e9v\u00e9l\u00e9 que les concentrations d'ions m\u00e9talliques \u00e9taient plus \u00e9lev\u00e9es \u00e0 proximit\u00e9 des extr\u00e9mit\u00e9s des m\u00e2choires qu'au centre. Ce r\u00e9sultat confirme des observations ant\u00e9rieures et explique probablement la duret\u00e9 accrue des extr\u00e9mit\u00e9s des m\u00e2choires.<\/p>\n La duret\u00e9 de la m\u00e2choire n'\u00e9tait pas uniforme sur toute la surface. Les indentations moins profondes offraient une plus grande r\u00e9sistance que les plus profondes, ce qui signifiait que des zones plus petites de la m\u00e2choire paraissaient plus dures.<\/p>\n Ce comportement est coh\u00e9rent avec l'effet de taille de Nix-Gao en nanoindentation, une relation g\u00e9n\u00e9ralement observ\u00e9e dans les m\u00e9taux cristallins. Selon cette relation, le carr\u00e9 de la duret\u00e9 augmente lorsque la profondeur d'indentation diminue.<\/p>\n Le cuivre et l'argent peuvent pr\u00e9senter un ph\u00e9nom\u00e8ne similaire. Dans ces mat\u00e9riaux, cet effet est g\u00e9n\u00e9ralement associ\u00e9 aux dislocations, qui sont des irr\u00e9gularit\u00e9s lin\u00e9aires au sein du r\u00e9seau atomique.<\/p>\n La m\u00e2choire du ver ne poss\u00e8de pas de r\u00e9seau cristallin m\u00e9tallique classique. Sa structure est plut\u00f4t compos\u00e9e de prot\u00e9ines \u00e0 coordination ionique. Cependant, sa duret\u00e9 suit la m\u00eame loi de d\u00e9pendance \u00e0 la taille, aussi bien dans sa partie centrale que dans sa partie terminale.<\/p>\n Les r\u00e9sultats obtenus confirment des observations ant\u00e9rieures selon lesquelles la plasticit\u00e9 induite par gradient de d\u00e9formation est \u00e9galement pr\u00e9sente dans ce mat\u00e9riau biologique. La d\u00e9formation d\u00e9crit la fa\u00e7on dont un mat\u00e9riau change de forme sous l'action d'une force. Un gradient de d\u00e9formation d\u00e9crit la variation spatiale de cette d\u00e9formation.<\/p>\n Pour des profondeurs d'indentation tr\u00e8s faibles, la d\u00e9formation varie brusquement sur une courte distance. Cela peut accro\u00eetre la r\u00e9sistance \u00e0 la d\u00e9formation et donner l'impression d'une plus grande duret\u00e9 dans la zone examin\u00e9e.<\/p>\n Cette d\u00e9couverte est remarquable, car l'effet Nix-Gao est g\u00e9n\u00e9ralement consid\u00e9r\u00e9 comme une caract\u00e9ristique importante des m\u00e9taux cristallins. Sa mise en \u00e9vidence dans une m\u00e2choire \u00e0 base de prot\u00e9ines d\u00e9montre qu'un comportement m\u00e9canique similaire peut se manifester dans une structure microscopique totalement diff\u00e9rente.<\/p>\n Les chercheurs ne se sont pas content\u00e9s de mesurer la duret\u00e9. Leurs mesures ont \u00e9galement r\u00e9v\u00e9l\u00e9 une variation d'\u00e9lasticit\u00e9 en fonction de la taille.<\/p>\n \u00ab Les m\u00e2choires des vers \u00e0 soies pr\u00e9sentaient \u00e9galement une \u00e9lasticit\u00e9 d\u00e9pendante de la taille, une caract\u00e9ristique distinctive des biom\u00e9taux par rapport aux m\u00e9taux cristallins standards tels que le cuivre ou l'argent \u00bb, a d\u00e9clar\u00e9 l'auteur Christian Hellmich.<\/p>\n L'\u00e9lasticit\u00e9 d\u00e9crit la fa\u00e7on dont un mat\u00e9riau se d\u00e9forme puis reprend sa forme initiale. Chez le ver polych\u00e8te, cette r\u00e9action variait selon la taille de la zone examin\u00e9e.<\/p>\n Le cuivre et l'argent peuvent pr\u00e9senter un effet de duret\u00e9 d\u00e9pendant de la taille, mais ils ne poss\u00e8dent pas la m\u00eame structure \u00e9lastique que celle d\u00e9crite pour la m\u00e2choire. Cette diff\u00e9rence permet de distinguer les biom\u00e9taux des m\u00e9taux cristallins conventionnels.<\/p>\n Pour expliquer l'effet \u00e9lastique, l'\u00e9quipe a utilis\u00e9 une mod\u00e9lisation math\u00e9matique bas\u00e9e sur la \u00ab microm\u00e9canique multifacette \u00bb. Ce concept relie de minuscules forces structurelles \u00e0 la r\u00e9ponse m\u00e9canique globale d'un mat\u00e9riau.<\/p>\n Les chercheurs ont examin\u00e9 des forces microscopiques concentr\u00e9es, connues sous le nom de forces de Peach-K\u00f6hler. Ces forces sont associ\u00e9es aux replis de dislocation au sein de la matrice prot\u00e9ique coordonn\u00e9e par les ions.<\/p>\n D'apr\u00e8s le mod\u00e8le, ces plis peuvent cr\u00e9er des gradients de contrainte suffisamment importants pour affecter le mat\u00e9riau \u00e0 l'\u00e9chelle des exp\u00e9riences. Ce r\u00e9sultat offre une explication th\u00e9orique de la variation d'\u00e9lasticit\u00e9 en fonction de la profondeur d'indentation.<\/p>\n Ce travail r\u00e9unit les trois composantes de la d\u00e9finition propos\u00e9e de biom\u00e9tal. La m\u00e2choire combine une duret\u00e9 extraordinaire, une m\u00e9canique de d\u00e9formation d\u00e9pendant de la taille et une structure constitu\u00e9e de prot\u00e9ines coordonn\u00e9es par des ions.<\/p>\n Cette classification ne pr\u00e9tend pas que la m\u00e2choire soit faite de m\u00e9tal ordinaire. Elle reconna\u00eet plut\u00f4t une combinaison de propri\u00e9t\u00e9s qui ne correspond pas aux descriptions ant\u00e9rieures.<\/p>\n Cette distinction est importante car des expressions comme \u00ab biomat\u00e9riau de type m\u00e9tal \u00bb peuvent d\u00e9crire de mani\u00e8re g\u00e9n\u00e9rale des substances naturelles poss\u00e9dant une r\u00e9sistance ou une conductivit\u00e9 comparable \u00e0 celle des m\u00e9taux. Le concept de biom\u00e9tal ajoute des exigences structurelles et m\u00e9caniques.<\/p>\n Les donn\u00e9es obtenues sont bas\u00e9es sur une seule m\u00e2choire d'une seule esp\u00e8ce. L'\u00e9quipe pr\u00e9voit d'\u00e9tudier d'autres vers polych\u00e8tes et d'enrichir la base de donn\u00e9es exp\u00e9rimentales.<\/p>\n Un \u00e9chantillon plus important nous permettrait de d\u00e9montrer si des profils similaires de duret\u00e9 et d'\u00e9lasticit\u00e9 sont observ\u00e9s chez diff\u00e9rentes esp\u00e8ces. Cela contribuerait \u00e9galement \u00e0 affiner le fondement th\u00e9orique de la classification propos\u00e9e.<\/p>\n \u00ab Nous pr\u00e9voyons d'\u00e9largir la base de donn\u00e9es exp\u00e9rimentales en \u00e9tudiant d'autres esp\u00e8ces afin d'affiner le concept th\u00e9orique et d'effectuer des calculs sp\u00e9cifiques, et, plus int\u00e9ressant encore peut-\u00eatre, d'explorer la relation entre les interventions g\u00e9n\u00e9tiques et l'espace de conception des mat\u00e9riaux correspondant \u00bb, a d\u00e9clar\u00e9 Hellmich.<\/p>\n \u00ab Tout cela suscite un v\u00e9ritable \u00e9merveillement devant la beaut\u00e9, la gr\u00e2ce et le raffinement que l\u2019on trouve dans la nature et qu\u2019elle cr\u00e9e. \u00bb.<\/p>\n Les \u00e9tudes g\u00e9n\u00e9tiques pr\u00e9vues soul\u00e8vent une autre question\u00a0: des modifications g\u00e9n\u00e9tiques peuvent-elles alt\u00e9rer la composition et les propri\u00e9t\u00e9s m\u00e9caniques de la m\u00e2choire\u00a0?.<\/p>\n Cette \u00e9tude apporte d\u00e9sormais une base exp\u00e9rimentale plus solide pour consid\u00e9rer ces m\u00e2choires comme un mat\u00e9riau distinct. La combinaison de propri\u00e9t\u00e9s polym\u00e8res et m\u00e9talliques les rend atypiques du point de vue de la biologie et des sciences des mat\u00e9riaux.<\/p>\n Une d\u00e9finition plus pr\u00e9cise des biom\u00e9taux pourrait aider les biophysiciens \u00e0 comparer les mat\u00e9riaux naturels qui utilisent des ions pour renforcer les structures prot\u00e9iques. Elle pourrait \u00e9galement faciliter l'\u00e9tude de l'origine de la duret\u00e9 et de l'\u00e9lasticit\u00e9 en l'absence de r\u00e9seau m\u00e9tallique traditionnel.<\/p>\n L\u2019\u00e9tude d\u2019un plus grand nombre d\u2019esp\u00e8ces pourrait r\u00e9v\u00e9ler quelles caract\u00e9ristiques sont r\u00e9pandues et lesquelles sont sp\u00e9cifiques \u00e0 certaines esp\u00e8ces de vers. De telles comparaisons permettraient d\u2019affiner les mod\u00e8les de d\u00e9formation, de contrainte et d\u2019organisation iono-prot\u00e9ique.<\/p>\n Ces recherches jettent \u00e9galement les bases de l'\u00e9tude de l'influence des modifications g\u00e9n\u00e9tiques sur les propri\u00e9t\u00e9s des mat\u00e9riaux. De tels travaux pourraient \u00e9clairer la mani\u00e8re dont les organismes vivants contr\u00f4lent la structure des tissus durs \u00e0 l'\u00e9chelle microscopique, tout en ouvrant de nouveaux champs d'\u00e9tude en biophysique et en bio-ing\u00e9nierie.<\/p>\n Les r\u00e9sultats de la recherche sont disponibles en ligne dans la revue Biophysics Reviews.<\/p>\n L'article original, intitul\u00e9 \u00ab Biom\u00e9taux : d'anciens vers marins d\u00e9tiennent le secret d'une nouvelle classe de mat\u00e9riaux inhabituels \u00bb, a \u00e9t\u00e9 publi\u00e9 par The Brighter Side of News.<\/p>\n Les vers plats remettent en question les lois des cellules souches, offrant un mod\u00e8le pour la r\u00e9g\u00e9n\u00e9ration humaine.<\/p>\n<\/li>\n Des recherches ont montr\u00e9 que les premiers animaux apparus sur Terre \u00e9taient peut-\u00eatre des \u00e9ponges de mer.<\/p>\n<\/li>\n Des scientifiques ont d\u00e9couvert des vers pr\u00e9dateurs g\u00e9ants vieux de 518 millions d'ann\u00e9es.<\/p>\n<\/li>\n<\/ul>\n Vous aimez les histoires positives comme celle-ci\u00a0? 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Effet de type m\u00e9tallique au sein de la matrice prot\u00e9ique<\/h3>\n
Mod\u00e9lisation des forces \u00e0 plus petite \u00e9chelle<\/h3>\n
Les vestiges anciens soul\u00e8vent de nouvelles questions.<\/h3>\n
Implications pratiques de l'\u00e9tude<\/h3>\n
Articles connexes<\/h5>\n
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