Vous vous souvenez peut-être du mème du concombre fractal issu de la vidéo humoristique sur le « Cybervillage Russe ». Mais saviez-vous que dans la nature, il existe en fait un grand nombre de structures fractales, y compris chez les plantes ?
Un groupe international de chercheurs a étudié la structure fractale du chou romanesco et a identifié les gènes à l’origine de sa formation. Les scientifiques ont ensuite modifié les gènes de l’Arabidopsis thaliana, une plante modèle, en suivant le motif fractal des gènes du chou. En conséquence, la plante a reproduit des motifs fractals similaires, y compris des fractales coniques en spirale.
Le «chou Romanesco» ou «chou romain» appartient au même groupe variétal que le chou-fleur. Mais, contrairement à son cousin, chaque fleuron de «Romanesco» est composé d’une série de fleurons plus petits, formant une spirale logarithmique et un motif fractal. Le nombre de spirales dans un fleuron de «Romanesco» est décrit par les nombres de Fibonacci. La division de tout nombre de cette séquence par le nombre qui le précède forme le nombre d’or.
La nature de l’apparition d’un tel fractal naturel est devenue un objet d’étude approfondie pour les botanistes et les mathématiciens. Dès 1898, le scientifique allemand Wilhelm Hofmeister a découvert que la spirale de Fibonacci est le moyen le plus efficace d’organiser les feuilles. Au fur et à mesure que la plante grandit, chaque bourgeon ou feuille suivant se déplace radialement vers l’extérieur à une vitesse proportionnelle à la vitesse de croissance de la tige. La deuxième feuille poussera aussi loin que possible de la première, et la troisième poussera à égale distance de la première et de la deuxième. La structure réticulée de la plante résultant de cette répartition est appelée «phyllotaxie».
Un groupe international de scientifiques a étudié la structure génétique du «Romanesco» et a établi le mécanisme d’apparition des fractales.
Le tissu végétal formateur (méristème) est composé de cellules non différenciées à partir desquelles se développent les parties de la plante, disposées en spirale. Il s’est avéré que dans le cas du «Romanesco», le méristème forme des bourgeons qui devraient s’épanouir en fleurs, mais à la place, des tiges apparaissent. Ces tiges poussent sans feuilles. Au lieu de cela, elles développent des bourgeons d’où émergent de nouvelles tiges. Il en résulte un motif de tiges répétées sur les tiges. Le «Romanesco» acquiert sa forme conique parce que les tiges initiales poussent plus vite que ses bourgeons et les tiges suivantes. Les auteurs de l’étude ont supposé que ce mécanisme est apparu à la suite de la domestication de la variété.
L’étape suivante pour les chercheurs a été la recherche des gènes responsables de ces processus. En particulier, les scientifiques se sont concentrés sur l’étude du méristème. Les résultats des recherches ont montré que le méristème est responsable de la formation des fractales coniques du «Romanesco». Le méristème ne forme finalement pas de fleurs, mais développe temporairement des tissus comme s’ils devaient produire des bourgeons. À un certain moment, le programme change, et des tiges se développent à partir des bourgeons. Une mutation dans quatre gènes (désignés par les initiales S, A, L et T), présente chez le «Romanesco», stimule à un certain moment la croissance du méristème et de la tige centrale respectivement, ce qui permet la formation des structures coniques.
Cette hypothèse a été confirmée lors des essais sur la plante modèle Arabidopsis thaliana. Les chercheurs ont modifié les gènes clés de la plante conformément à la séquence présente dans le «Romanesco». En conséquence, l’Arabidopsis a commencé à prendre des formes coniques, similaires aux fractales du chou romain. Les auteurs ont noté qu’il n’a pas été nécessaire de modifier de manière significative la génétique des plantes pour cela.
Photo BlueRidgeKitties. Licence CC BY-NC-SA 2.0.
Les chercheurs supposent qu’il pourrait exister d’autres mutations responsables de la fractalité des plantes à fleurs. Ils prévoient d’approfondir cette question dans de futures études.
Sources
- Les résultats de l’étude ont été publiés dans l’article «Cauliflower fractal forms arise from perturbations of floral gene networks» dans la revue Science (DOI: 10.1126/science.abg5999).
- Auteur de l’article : Ekaterina Khananova, rédactrice chez Habr. Article complété par le rédacteur de Klumba.org