
Les scientifiques trouvent des preuves d’une invariance conforme universelle dans divers mouvements cellulaires
Mesures à haute résolution des flux cohérents des collectifs cellulaires. Crédit: Benjamin H. Andersen et al / Nature Physics.
Dans un nouveau Physique de la nature Étude, les chercheurs ont fourni des signes d’invariance conforme universelle dans les cellules biologiques vivantes. Ils montrent qu’une caractéristique universelle du comportement collectif émerge dans des groupes de cellules vivantes.
Les chercheurs ont étudié quatre systèmes cellulaires pour trouver des signes d’invariance conforme universelle. Bien qu’ils aient été séparés par des milliards d’années d’évolution, les chercheurs ont constaté que les quatre systèmes généraient des modèles d’écoulement de type vortex avec des propriétés statistiques identiques.
Phys.org s’est entretenu avec l’un des co-auteurs de l’étude, le Dr Amin Doostmohammadi, professeur agrégé à l’Université de Copenhague.
“Lorsque vous remuez une tasse d’eau, vous voyez des tourbillons se former et disparaître. Quelque chose de similaire se produit lorsque les bactéries ou les cellules humaines se déplacent collectivement; elles forment également des schémas tourbillonnants”, a-t-il expliqué.
“Ce qui nous était étonnant, c’était de constater que ces types de cellules très différents affichent tous une symétrie cachée connue sous le nom d’invariance conforme dans leurs modèles tourbillonnants.
Comportements collectifs et CFT
Le mouvement collectif émerge en raison des propriétés spécifiques des constituants individuels. Cela comprend leur interaction, leur mouvement et leur réponse aux stimuli.
Les propriétés émergentes qui en résultent varient d’un système à l’autre, ce qui rend difficile d’étudier les principes universels régissant le mouvement collectif – s’ils sont présents.
Dans des études précédentes, les chercheurs ont été en mesure d’identifier les comportements universels proches des régimes critiques dans des systèmes inanimés comme les matériaux métalliques ou en alliage.
Ces comportements universels sont décrits par la théorie des champs conformes (CFT), un puissant cadre mathématique. La CFT peut être appliquée aux systèmes invariants et préservant l’angle, qui sont souvent observés à des points critiques (comme les changements de phase).
“Comprendre comment la matière vivante s’organise elle-même est l’un des plus grands puzzles non résolus en science. Notre inspiration est venue d’une question audacieuse: pourrait-il y avoir des lois universelles, semblables à celles en physique, qui régissent comment les cellules s’auto-organisent?” dit le Dr Doostmohammadi.
Analyse de quatre systèmes vivants différents
Les chercheurs ont examiné les cellules des bactéries de pseudomonas aeruginosa de type sauvage, une souche mutante des mêmes bactéries, des cellules rénales canines de Madin-Darby et des cellules de cancer du sein humain agressives.
Les quatre systèmes représentent un large éventail de types de cellules (eucaryotes et procaryotes) avec différents mécanismes de mouvement et propriétés cellulaires.
Pour chaque système, les chercheurs ont créé des monocouches de cellules et suivi leur mouvement en utilisant une imagerie haute résolution. Les champs de vitesse résultants ont ensuite été analysés pour calculer le tourbillon, qui représente la rotation locale en un point.

Trois grappes représentatives de tourbillon positif pour illustrer les méthodes utilisées dans nos analyses du périmètre de contour et du rayon de giration. Crédit: Physique de la nature (2025). Doi: 10.1038 / s41567-025-02791-2
Pour les régions zéro tourbillon – qui représentent la frontière où le comportement de rotation du système change – ils ont effectué des analyses mathématiques. Ceux-ci comprenaient la mesure de la dimension fractale, les tests si les contours suivent l’évolution de Schramm-Loewner (LED) et le calcul des angles d’enroulement.
“Le SLE est une théorie généralement utilisée en physique pour décrire la percolation, le magnétisme et même les aspects de la gravité quantique”, a déclaré le Dr Doostmohammadi.
Dans le LED, les courbes invariantes conformément sont caractérisées par un seul paramètre κ, qui identifie des classes d’universalité spécifiques présentant des comportements émergents similaires.
Les chercheurs ont également développé un modèle de calcul simple pour récapituler les mêmes modèles observés dans les quatre systèmes, suggérant que ces propriétés universelles émergent naturellement de la dynamique collective, quels que soient les détails cellulaires.
Classe d’universalité de percolation
Les chercheurs ont constaté que le paramètre κ était mesuré à six pour les quatre systèmes. Cela appartient à la classe d’universalité de percolation – la même classe qui décrit le mouvement des particules ou des fluides à travers un milieu poreux, comme l’eau qui coule à travers une roche poreuse.
“Cette découverte suggère que, à un niveau fondamental, la matière vivante s’organise selon les lois universelles – les lames qui s’appliquent à travers l’arbre de vie, des bactéries aux cellules humaines avec une biologie très différente et des morphologies très différentes”, a noté le Dr Doostmohammadi.
Cette découverte de l’invariance conforme universelle plie la biologie avec des concepts de mathématiques théoriques et de physique.
Cette universalité est encore plus remarquable étant donné que ces systèmes biologiques opèrent loin de l’équilibre, consommant constamment l’énergie pour maintenir leur mouvement, contrairement aux états d’équilibre où de tels comportements universels sont généralement observés en physique et en mathématiques.
En regardant vers l’avenir, le Dr Doostmohammadi souligne que ce travail peut aider à améliorer notre compréhension de la progression du cancer, de la cicatrisation des plaies et du développement des tissus. De plus, il pourrait inspirer de nouvelles méthodologies en biologie synthétique et en médecine régénérative.
Non seulement cela, mais ces systèmes biologiques peuvent désormais servir de plates-formes expérimentales pour tester les prédictions de CFT qui se sont principalement limitées aux simulations théoriques et numériques.
Plus d’informations:
Benjamin H. Andersen et al, Preuve d’invariance conforme universelle dans la matière biologique vivante, Physique de la nature (2025). Doi: 10.1038 / s41567-025-02791-2.
© 2025 Science X Réseau
Citation: Les scientifiques trouvent des preuves d’une invariance conforme universelle dans divers mouvements cellulaires (2025, 11 avril) récupéré le 11 avril 2025 de
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