Des scientifiques ont découvert une étrange similitude entre les cellules humaines et les étoiles à neutrons

Si vous deviez vous comparer à une étoile à neutrons, vous ne trouveriez probablement pas beaucoup de choses en commun. Après tout, les étoiles à neutrons – des corps célestes dotés d’un champ magnétique très puissant – sont faites de noyaux d’étoiles effondrés, se trouvent à des années-lumière de la Terre et ne regardent même pas Netflix.

Mais, selon de nouvelles recherches, nous partageons au moins une similitude : la géométrie de la matière qui nous constitue.

Les chercheurs ont découvert que la “croûte” (ou couches externes) d’une étoile à neutrons a la même forme que nos membranes cellulaires. Cela pourrait signifier que, bien que fondamentalement différents, les humains et les étoiles à neutrons sont contraints par la même géométrie.

“Le fait de voir des formes très similaires dans des systèmes aussi étonnamment différents suggère que l’énergie d’un système peut dépendre de sa forme de manière simple et universelle”, a déclaré l’un des chercheurs, l’astrophysicien Charles Horowitz, de l’université d’Indiana à Bloomington.

Pour comprendre cette découverte, nous devons nous plonger rapidement dans le monde étrange de la matière nucléaire, que les chercheurs appellent “pâtes nucléaires” car elles ressemblent beaucoup aux spaghettis et aux lasagnes. Voyez par vous-même :

D. K. Berry et al.

Ces pâtes nucléaires se forment dans la croûte dense d’une étoile à neutrons grâce à des forces répulsives à longue portée qui entrent en compétition avec la force forte, celle qui lie les quarks entre eux.

En d’autres termes, deux forces puissantes s’opposent et obligent la matière, composée de diverses particules, à se structurer sous forme d’échafaudages (pâtes).

Comme l’explique l’un des membres de l’équipe, Greg Huber, un physicien biologiste de l’université de Californie à Santa Barbara :

“Lorsque vous avez une collection dense de protons et de neutrons comme c’est le cas à la surface d’une étoile à neutrons, la force nucléaire forte et les forces électromagnétiques conspirent pour vous donner des phases de matière que vous n’auriez pas pu prédire si vous aviez simplement examiné ces forces opérant sur de petites collections de neutrons et de protons.”

Or, il s’avère que ces structures en forme de pâtes ressemblent beaucoup aux structures à l’intérieur des cellules biologiques, même si elles sont très différentes.

Cette étrange similitude a été découverte pour la première fois en 2014, lorsque Huber étudiait les formes uniques de notre réticulum endoplasmique (RE) – le petit organite de nos cellules qui fabrique des protéines et des lipides.

Au début, Huber pensait que ces structures sur le RE – qu’il appelait “parkings”, ou plus formellement, rampes de Terasaki – étaient quelque chose qui ne se produisait qu’à l’intérieur de la matière molle.

Mais après avoir vu les modèles d’étoiles à neutrons d’Horowitz, il a été surpris de constater que les structures de l’ER ressemblaient énormément à celles des étoiles à neutrons.

“J’ai appelé Chuck [Horowitz] et je lui ai demandé s’il savait que nous avions observé ces structures dans les cellules et que nous avions élaboré un modèle pour les représenter”, a déclaré M. Huber, “C’était nouveau pour lui, et j’ai alors compris qu’il pourrait y avoir une interaction fructueuse.”

Vous pouvez voir les structures ER (à gauche) comparées aux étoiles à neutrons (à droite) ci-dessous :

Université de Californie, Santa Barbara

La découverte a réuni les deux scientifiques pour comparer et contraster les différences entre les structures, comme les conditions nécessaires à leur formation.

Normalement, la matière est caractérisée par une phase – parfois appelée état – telle que gaz, solide, liquide. Les différentes phases sont généralement influencées par une pléthore de conditions diverses, comme la température de la matière, la pression à laquelle elle est soumise et sa densité.

Ces facteurs changent radicalement entre la matière molle (l’intérieur des cellules) et les étoiles à neutrons (matière nucléaire). Après tout, les étoiles à neutrons se forment après des explosions de supernovae, et les cellules se forment à l’intérieur des êtres vivants. En gardant cela à l’esprit, il est assez facile de voir que les deux choses sont très différentes.

“Pour les étoiles à neutrons, la force nucléaire forte et la force électromagnétique créent ce qui est fondamentalement un problème de mécanique quantique”, a déclaré Huber.

“À l’intérieur des cellules, les forces qui maintiennent ensemble les membranes sont fondamentalement entropiques et ont à voir avec la minimisation de l’énergie libre globale du système. À première vue, elles ne pourraient pas être plus différentes.”

Si la similitude est cool et nous fait nous sentir connectés au cosmos d’une manière étrange, les différences signifient l’importance de la découverte, car elles laissent entendre que deux choses très différentes – les cellules et les étoiles à neutrons – pourraient être guidées par les mêmes règles géométriques que nous commençons tout juste à comprendre.

D’autres recherches seront nécessaires pour comprendre ce qui se passe ici, mais c’est un point de départ qui pourrait nous aider à comprendre quelque chose de fondamental sur la façon dont la matière est structurée, et nous sommes impatients de voir où cela nous mènera.

Les travaux de l’équipe ont été publiés dans Physical Review C.