Cette recherche résulte d’une collaboration entre le Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (LIPhy - CNRS/UGA), reconnu pour son expertise dans l’étude des horloges circadiennes in vivo chez les bactéries individuelles, et l’Université de Kyushu, spécialiste de l’étude de l’oscillateur biochimique in vitro.

Grâce à la microscopie de fluorescence en time-lapse, l’horloge a été suivie dans des cellules individuelles, en séparant les réponses spécifiques de l’horloge des effets généraux du choc thermique. En se concentrant sur les cellules qui survivent au froid, il a été observé que l’horloge suit un comportement décrit par le modèle mathématique de l’oscillateur de Stuart-Landau. Ce modèle explique comment un système oscillant peut s’arrêter ou démarrer à un point critique, ici lié à la température.

Ce comportement a été confirmé par l’analyse de données sur la phosphorylation de la protéine KaiC, un marqueur clé de l’horloge, dans des cellules vivantes et des systèmes isolés. Dans les deux cas, les oscillations disparaissent brutalement à une température critique, suivant une transition appelée bifurcation de Hopf supercritique.



Pour expliquer l’influence de la température, deux modèles sont proposés :
1) Un mécanisme où la température modifie la force et la dynamique des boucles de rétroaction positives ;
2) Un autre où une rétroaction négative retardée reste stable malgré les variations de température.

Ces résultats imposent des contraintes fortes aux futurs modèles en révélant une échelle de temps spécifique pour les régimes transitoires du système circadien des cyanobactéries et sa dépendance à la température.