Comment les cellules choisissent la forme du corps express
Les cellules à la surface de l'embryon ressemblent à des grains de riz qui peuvent s'aligner dans une même direction. Cet ordre est appelé nématique. Il apparaît lorsque les cellules commencent à agir de manière coordonnée, comme un banc de poissons qui nage dans une seule direction. Les scientifiques ont modélisé ce processus sur une enveloppe sphérique — comme un ballon gonflable recouvert de nombreux « grains ».
Lorsque les « grains » s'alignent, l'enveloppe perd sa symétrie et change de forme. Si l'ordre apparaît brutalement, l'enveloppe s'allonge, comme un melon. S'il apparaît progressivement, quatre points apparaissent où la direction des « grains » diverge, et la forme devient plus complexe. La souplesse de l'enveloppe joue un rôle clé : pour une enveloppe très rigide, la transition est toujours progressive, tandis que pour une enveloppe souple, elle est brutale.
Ce mécanisme explique comment l'axe du corps apparaît chez les êtres vivants sans aucun signal externe. Il suffit que les cellules de la surface commencent à agir de manière coordonnée et déforment légèrement l'enveloppe. Ainsi, à partir d'une simple sphère de cellules, un organisme avec une partie avant et une partie arrière distinctes peut émerger.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2603.07082
The emergence of nematic order on deformable closed surfaces plays a pivotal role in the morphogenesis of active biological matter, such as the regeneration of Hydra. In this work, we present a continuum model that couples the two-dimensional Landau-de Gennes order tensor, describing in-plane nematic ordering, with the mechanics of a mass-conserving, deformable spherical shell. By investigating the isotropic-to-nematic phase transition driven by a reduction in temperature, mimicking the natural induction of nematic order in actomyosin fibres, we perform both linear and weakly non-linear bifurcation analyses. The onset of nematic ordering spontaneously breaks spherical symmetry, yielding distinct equilibrium morphologies governed by the shell's deformability. Axisymmetric configurations, featuring two +1 defects at the poles, emerge via a discontinuous bifurcation, resulting in a globally stable prolate shape, alongside a metastable oblate shape. Non-axisymmetric configurations, featuring four +1/2 defects arranged in a square, arise via a continuous bifurcation. Shell softness drives the first-order character of the transition, while in the limit of infinite stiffness all bifurcations become continuous. Integer defects strongly couple with local mass redistribution, manifesting as shell thinning or thickening, whilst half-integer defects induce no such local deformation. These findings provide a purely mechanical framework for understanding body-axis formation and defect-mediated morphogenesis in biological vesicles.
Chez l'hydre, lors de la régénération, à partir de quelques centaines de cellules seulement, un corps complet avec une tête et un pied se reforme — et tout cela grâce au fait que les cellules de la surface s'alignent dans une même direction.