Un algorithme révèle les secrets de la forme des feuilles

Les feuilles ont évolué au cours de millions d'années pour optimiser la collecte de lumière, le transport des nutriments vers et depuis le corps de la plante et la stabilité mécanique contre les stress naturels, explique David Young, physicien au Lawrence Livermore National Laboratories près de San Francisco.

Le casse-tête est de savoir comment les feuilles poussent dans une si grande variété de formes similaires. Quel processus peut contrôler cette croissance? De toute évidence, il y a une composante génétique à la croissance des feuilles, mais cela ne peut pas être toute l'histoire car les feuilles d'une même plante prennent parfois des formes différentes, un phénomène connu sous le nom d'hétéroblastie. C'est parce que des facteurs environnementaux tels que la nutrition, la lumière du soleil influencent également la croissance et la forme.

Diverses théories tentent d'expliquer la forme des feuilles en utilisant des idées telles que les fractales et le processus de réaction-diffusion de Turing. Mais aucun ne fournit une explication convaincante de la variété de formes de feuilles qui se produisent dans la nature.

Aujourd'hui, Young tente de changer cela en proposant un modèle simple de croissance des feuilles qui reproduit une grande partie du spectre des formes de feuilles qui apparaissent dans la nature. Mon objectif est d'expliquer non seulement la gamme de formes de feuilles trouvées dans les plantes supérieures, mais aussi les grandes variations de forme observées dans les feuilles de plantes étroitement apparentées, dit-il.

Dans son modèle, la croissance des lobes des feuilles est régie par la position des nervures des feuilles. La feuille se développe alors simplement en 2 dimensions d'une manière régie par un algorithme simple. C'est ce schéma de croissance qui détermine la forme ultime de la feuille. Dans le modèle de Young, la forme finale de la feuille est en réalité un sous-produit accidentel de ce processus de croissance.

C'est une approche intéressante et puissante. En ne faisant varier qu'une poignée de paramètres, Young peut produire une variété de formes étonnamment riche. Par exemple, son modèle produit diverses feuilles de chêne, d'acer, de peuplier et de saule et bien d'autres.

Il produit également une ou deux formes introuvables dans la nature, ce qui soulève la question de savoir pourquoi la sélection naturelle semble les avoir évitées.

Peut-être plus important encore, l'algorithme de Young est biologiquement plausible : il n'est pas difficile de voir comment les processus génétiques et environnementaux pourraient se combiner pour se comporter de cette manière.

Ce dont il a besoin maintenant, c'est de quelqu'un pour cartographier les paramètres de l'algorithme sur les véritables processus génétiques/chimiques qui se déroulent dans les feuilles à mesure qu'elles grandissent. Cela peut prendre un certain temps, mais ce n'est en aucun cas au-delà des biologistes végétaux. Des volontaires?

Réf : arxiv.org/abs/1004.4388 : Modèle d'algorithme de croissance de la forme des feuilles

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