Minéralisation multi-échelle de la coquille d'œuf du gecko léopard

Des chercheurs de l'Université McGill ont publié une étude révélant de nouveaux détails ultrastructuraux au sein de la coquille d'œuf du gecko léopard commun. Grâce à des techniques d'imagerie avancées, ils ont mis en évidence la structure composite entrelacée de carbonate de calcium et de fibres organiques. Au sein de la coquille, les auteurs soulignent la sensibilité du minéral aux milieux aqueux et l'importance des méthodes cryogéniques pour la préservation précise de sa structure et de sa composition. Ils décrivent des détails nano- et micrométriques jusqu'alors inconnus de motifs minéraux, notamment des scutelles nodulaires minéralisées, des rosettes et des corolles, dont la fonction pourrait être liée à l'adaptation évolutive de la coquille pour la protection et le développement embryonnaire. Ces agencements hiérarchiques et multi-échelles entre les fibres organiques et les formations minérales contribuent aux propriétés mécaniques de la coquille. Ils offrent également un éclairage nouveau sur les processus de biominéralisation et leurs applications potentielles en science des matériaux.

Selon l'auteur correspondant, le professeur Marc D. McKee, « Dragonfly 3D World L'outil d'apprentissage profond est devenu essentiel à notre flux de travail d'imagerie 3D pour la biologie structurale dans le domaine de la biominéralisation. Nous l'utilisons intensivement pour traiter les données de la microscopie à rayons X (XRM) et de la microscopie électronique à balayage par faisceau d'ions focalisés (FIB-SEM). L'utilisation de plusieurs régions d'intérêt (ROI), de la transformation de ligne de partage des eaux et des outils de cartographie d'épaisseur a considérablement simplifié notre évaluation quantitative des caractéristiques complexes de la coquille d'œuf.

Présentation vidéo

Reconstruction par microscopie à rayons X d'un œuf de gecko léopard intact et fécondé après 50 jours d'incubation. L'embryon est à un stade avancé de développement squelettique, à l'approche de l'éclosion.
(À gauche/en haut) Des écailles minérales nodulaires sont disposées sporadiquement sur la partie externe de certaines coquilles d'œufs de gecko. (À droite/en bas) Des rosettes minérales plus grandes sont réparties de façon plus clairsemée sur la coquille de certains œufs de gecko.
Carte d'épaisseur d'un fragment de coquille d'œuf de gecko contenant une écaille.
Segmentation d'un volume FIB-SEM sur toute l'épaisseur de la coquille d'œuf, révélant les écailles interconnectées et le réseau de fibres sous-jacent. L'utilisation de modèles d'apprentissage profond 2.5D permet de segmenter les caractéristiques malgré les artefacts de charge.

Publication

Deering, J., Nelea, V. et McKee, MD (2024). Minéralisation multi-échelle de la coquille d'œuf du gecko léopard. Advanced Functional Materials, 34(24). https://doi.org/10.1002/adfm.202316422

Centre de recherche

Université McGill, Faculté de médecine dentaire et des sciences de la santé buccale ( https://www.mcgill.ca/dentistry/ )

Université McGill, Département d'anatomie et de biologie cellulaire ( https://www.mcgill.ca/anatomy/ )

Université McGill, Faculté de médecine et des sciences de la santé ( https://www.mcgill.ca/medhealthsci/ )

Mots-clés : Gecko léopard, biominéralisation de la coquille d’œuf, matériaux à base de collagène, coquille d’œuf de reptile, microscopie à rayons X