Sensibilité des plantes

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La sensibilité des plantes était une condition nécessaire à leur survie. Elle leur permet de percevoir les modifications de leur environnement et les agressions et d’élaborer les réponses appropriées. La perception et les réactions passent par des procédures chimiques dont l’élaboration a nécessité des millions d’années. Ces procédures ont été mémorisées et transmises d’une génération à l’autre par les gènes.

Historique[modifier | modifier le code]

L’apparition de la vie sur Terre date d’environ 4,6 milliards d’années. Dans cette soupe primitive aux températures et pressions élevées, se sont élaborées les premières molécules complexes à l’origine des formes de vie sur Terre. Les premières bactéries obtenaient leur énergie de la fermentation du glucose. Le glucose commençant à se raréfier certaines bactéries ont développé la photosynthèse qui permet de tirer l’énergie de la lumière du soleil[1]. La suite de l’évolution s’est réalisée par symbiose. Des cellules se sont associées, voire fusionnées, et en ont tiré des bénéfices réciproques. Les bactéries photosynthétiques ont fusionné avec des bactéries ayant acquis la respiration. La respiration utilise de façon optimale l’énergie tirée du soleil pour des transformations chimiques ou physico-chimiques. La fusion de ces bactéries a donné naissance à une cellule à noyau très performante sur le plan énergétique. C’est à partir de ces cellules à noyau que se sont développées les grandes lignées végétales et animales[2].

Pour entamer leur sortie de l’eau les organismes végétaux ont progressivement perdu leur mobilité et développé un système racinaire de plus en plus performant. Cet ancrage au sol a pour corollaire la nécessité de s’adapter aux conditions de vie locales. Les plantes sont capables de s’adapter en continu à des variations importantes de l’environnement comme la lumière, la température, l’eau et les éléments nutritifs. Elles mettent également en place une grande variété de réactions de défense ou d’attractivité dans leurs relations avec d’autres organismes vivants[3].

Pour s’adapter aux conditions d’éclairement la plante peut modifier l’orientation et la surface de ses feuilles, accélérer sa croissance pour se rapprocher de la lumière, augmenter ses capacités photosynthétiques. Pour s’adapter aux modifications de disponibilité en eau, la plante module le volume de son système racinaire, augmente ou diminue la surface de ses feuilles et contrôle l’ouverture ou la fermeture de ses stomates. Pour se défendre contre des agresseurs elle épaissit sa cuticule et ses parois cellulaires de façon à la rendre impénétrable et même empêcher un agresseur microscopique de pénétrer dans la cellule. Pour entraver l’expansion d’un agresseur elle peut provoquer la mort des cellules se trouvant aux alentours du point de pénétration, une sorte de politique de la terre brûlée. Pour se défendre d’agents pathogènes elle dispose d’un ensemble complexe de procédures[4].

Les supports[modifier | modifier le code]

Les plantes perçoivent des stimulus par des capteurs. Elles transmettent les informations de cellule à cellule grâce à des molécules informatives et déclenchent des réactions par des processus chimiques. Elles peuvent faire appel à leur mémoire et inversement elles peuvent mémoriser la réponse qu’elles ont élaborée à un stimulus.

Les capteurs[modifier | modifier le code]

Plus de 700 capteurs sensoriels ont été caractérisés chez les végétaux : capteurs mécaniques, thermiques, chimiques, photosensibles et gravitationnels. Les capteurs gravitationnels sont ultra sensibles. Ils transmettent l’information de cellule en cellule afin de modifier la croissance pour retrouver au plus vite le bon équilibre. Des capteurs mécaniques perçoivent chez les plantes carnivores le contact et induisent la contraction de certaines cellules pour enfermer la proie. Les capteurs photosensibles induisent l’intervention des gènes impliqués dans la croissance. Celle-ci se modifie pour éviter l’ombre et aller chercher la lumière. Ces capteurs comptabilisent également les durées relatives de jour et de nuit de façon à réguler les étapes de la floraison. Les capteurs thermiques perçoivent les variations de température. Celles-ci ont une incidence sur la photosynthèse, la respiration, l’évapotranspiration et l’absorption d’eau et de sels minéraux. Certaines plantes perçoivent les odeurs, voire les bruits[5].

L’information[modifier | modifier le code]

Tout stimulus provoque une élévation transitoire de la teneur en calcium dans la cellule ainsi que des modifications de protéines. Ces modifications sont spécifiques au stimulus. L’information est transmise par des macromolécules. Une macromolécule est une molécule de grande taille composée d’un enchaînement de petites unités moléculaires. L’ordre dans lequel sont disposées ces petites unités est un code qui donne une signification à la macromolécule. C’est un peu analogue à la façon dont l’ordre d’enchaînement des 26 lettres de l’alphabet constitue un mot dans une phrase et donne une signification à cette dernière. L’information déclenche la réaction après avoir activé les gènes impliqués[6]. L’information qui déclenche les réactions de défense a pour source soit l’agent pathogène soit la cellule de la plante qui a subi un début d’attaque[7].

La communication[modifier | modifier le code]

L’adaptation des végétaux à leur environnement nécessite l’échange d’informations entre la plante et les organismes extérieurs, qu’ils soient de la même espèce ou d’espèces différentes. Tous les organismes vivants synthétisent des molécules de communication. Celles que fabriquent les plantes sont d’une immense variété grâce à leur adaptation évolutive. Ces échanges servent à la défense de la plante ou à établir des relations symbiotiques à bénéfices réciproques. La communication passe par des signaux chimiques. Ceux-ci sont perceptibles à des distances pouvant aller jusqu’à plusieurs kilomètres. Les molécules chimiques sont spécifiques à l’organisme émetteur. Les organismes qui les perçoivent peuvent modifier leur comportement. Leur synthèse est déclenchée par un stimulus qui peut être physique (agression, blessure…) ou chimique (l’approche d’un ami ou d’un ennemi potentiel détecté par les messages chimiques). Certaines molécules sont volatiles, facilement diffusibles dans l’air[8]. Ainsi l’éthylène est capable de transmettre des messages d’alerte pour signaler la présence d’un danger (herbivore ou insecte phytophage). Il se transmet très rapidement de plante à plante où il induit l’expression de gènes de défense et la synthèse de molécules de défense qui repousse l’agresseur ou le tue. D’autres molécules sont solubles dans l’eau. Elles sont émises par les racines des plantes et entraînent la destruction de graines de plantes parasites se trouvant dans le sol ou au contraire attirent d’autres organismes. Les plantes à fleurs sélectionnent les pigments auxquels sont sensibles leurs pollinisateurs afin de les attirer. L’attractivité d’une espèce végétale pour un pollinisateur repose aussi sur l’émission de molécules odorantes[9].

Les symbioses[modifier | modifier le code]

Article détaillé : symbiose.

Historique[modifier | modifier le code]

Lorsque les organismes unicellulaires se sont assemblés et ont commencé à se différencier les individus situés loin de la surface ne pouvaient plus prélever leur nourriture dans le milieu. Les individus situés en surface les ont aidés à se nourrir en établissant des relations de mutualisme entre cellules. Les échanges symbiotiques entre individus se font par contact ou par fusion. Des cellules ont fusionné dès les sorties de l’eau pour réussir leur adaptation terrestre. Les bactéries qui avaient acquis la photosynthèse ont fusionné avec celles expertes dans l’utilisation de l’énergie. L’acquisition de la respiration a optimisé l’utilisation de l’énergie pour le développement des cellules. De nouvelles espèces ont pu être créées dont sont issues les lignées végétales et animales. Le mutualisme a été un facteur clé dans l’évolution du monde vivant[10].

Végétaux-bactéries[modifier | modifier le code]

C’est par contact que s’est établie la symbiose entre les végétaux producteurs d’énergie grâce à la photosynthèse et les bactéries capables d’assimiler l’azote minéral. L’azote est le troisième élément, après l’eau et la lumière, qui limite la croissance des plantes. La plante n’assimile pas l’azote minéral. Les bactéries qui assimilent l’azote fournissent en symbiose à la plante l’azote organique directement assimilable. Elles reçoivent en retour de la plante l’énergie dont elles ont besoin sous forme de sucres.

Certaines bactéries qui se développent sur les racines améliorent la croissance des plantes en produisant des hormones végétales. Elles peuvent aussi empêcher le développement d’agents pathogènes ou favoriser la résistance de la plante en induisant ses mécanismes de défense[11].

Végétaux-champignons[modifier | modifier le code]

Presque toutes les espèces végétales ont des associations entre leurs racines et des champignons. Ces associations ont vraisemblablement aidé il y a 400 à 450 millions d’années les premières plantes terrestres à coloniser rapidement les terres émergées en leur facilitant l’absorption de l’eau et des éléments minéraux. Les champignons fournissent à la plante vitamines, antibiotiques et hormones ainsi que du phosphore organique et minéral. Ils reçoivent en échange les sucres issus de la photosynthèse. Les filaments des champignons augmentent la surface de prélèvement de la racine et lui permet un accès élargi aux ressources du sol[12].

Les lichens poussent dans les milieux difficiles. Ils résultent de l’association symbiotique entre un champignon et une algue. Les algues trouvent un abri dans le mycélium du champignon. Elles lui fournissent, en échange, les sucres qui lui sont nécessaires. Parfois l’association inclut des bactéries fixatrices d’azote qui procurent les composés azotés[13].

Les orchidées ont besoin de champignons pour faire germer leurs graines. Ce sont les champignons qui fournissent aux graines d’orchidées l’eau et les sucres nécessaires à la germination. Le champignon, ne bénéficiant pas de la photosynthèse, reçoit son énergie de l’orchidée[14].

Végétaux-fourmis[modifier | modifier le code]

Dans ces associations la plante procure aux fourmis un site de nidification protégé. Les fourmis apportent à la plante une protection efficace contre les prédateurs qui se nourrissent de végétaux et contre des agents pathogènes. Les fourmis sont des prédatrices efficaces car elles bénéficient de mandibules puissantes, d’aiguillons et de secrétions chimiques dangereuses. L’établissement de ces symbioses se fait par médiation chimique, les plantes et les fourmis étant particulièrement inventives dans la synthèse de molécules de communication. Ainsi une feuille blessée par un insecte phytophage émet du salicylate de méthyle volatil. Cette molécule attire les fourmis qui viennent manger les phytophages[15].

Associations complexes[modifier | modifier le code]

Les symbioses font appel à des mécanismes souvent très complexes qui mettent en jeu plusieurs partenaires. Pour se défendre d’insectes ravageurs les plantes émettent des signaux chimiques ou olfactifs qui attirent des prédateurs de ces insectes. Ceux-ci pondent leurs œufs dans l’agresseur et le détruisent. Les principaux acteurs de cette lutte biologique sont les coccinelles et les punaises qui se nourrissent de pucerons. En Amérique du Sud ou en Afrique des communautés symbiotiques offrent aux partenaires des conditions de croissance et de reproduction idéales. Certains champignons s’insèrent dans les symbioses plantes-fourmis. Les fourmis apportent aux champignons certains nutriments indispensables puis utilisent les champignons à leur tour comme source de nourriture[16].

La mémoire[modifier | modifier le code]

Une mémoire spécifique[modifier | modifier le code]

La mémoire c’est stocker une information puis la rappeler. Lorsque les personnes âgées commencent à ne plus trouver les mots dont elles ont besoin elles se plaignent de perdre la mémoire. En fait ce n’est pas la mémorisation qui est affectée car elle est toujours en place mais l’évocation qui commence à dysfonctionner[17].

La mémoire est sélective. Les plantes et les animaux ne retiennent pas le même type d’information. Les animaux étant des êtres mobiles ont besoin de se rappeler les lieux pour s’y retrouver dans l’espace. Ils peuvent fuir en cas de danger ou se déplacer en cas de pénurie. En revanche les végétaux enregistrent les réponses qu’ils apportent aux stimulus et non les stimulus. N’ayant aucun moyen de se déplacer ils peuvent ainsi réagir rapidement aux modifications environnementales ou aux agressions[18].

Le stockage et le rappel[modifier | modifier le code]

Des études ont été effectuées sur de jeunes plants de bident. Lorsque l’on soumet ces plantes à un stimulus de piqûres et qu’elles se trouvent sur une solution nutritive classique elles ne réagissent pas. Si par contre elles sont cultivées sur une solution extrêmement diluée leur allongement journalier est diminué de 30 %. Il n’y a donc réaction que lorsqu’elles se trouvent dans un environnement défavorable. Lorsque les plantes sont cultivées d’abord sur une solution normale puis transférées sur une solution diluée, mais sans piqûre, leur allongement journalier n’est pas modifié. Par contre si elles subissent les piqûres alors qu’elles sont en solution normale puis sont transférées sur une solution diluée leur allongement est diminué de 30 %. Ce qui signifie que le stimulus pratiqué lorsqu’elles étaient en solution normale a été enregistré mais n’a pas provoqué de réaction tant qu’elles étaient en solution normale. Ce n’est qu’après avoir été transférées sur une solution diluée qu’a eu lieu la réaction. Il y a donc eu stockage lorsqu’elles étaient en solution normale et rappel plus tard lorsqu’elles étaient en solution diluée. Une information a pu ainsi être enregistrée sans provoquer de réaction et utilisée 2 jours plus tard. En d’autres termes la fonction stockage et la fonction rappel sont dissociées[19].

L’incidence des rythmes biologiques[modifier | modifier le code]

L’aptitude à rappeler une information stockée dépend du moment de la journée où a lieu le stimulus. Un stimulus effectué le matin provoque le rappel de l’information déjà stockée. Mais si le stimulus a lieu à midi l’information n’est pas rappelée. Le processus de mémorisation est associé au rythme de la plante. On a constaté que des plantes cultivées en conditions artificielles conservent très longtemps une mémoire du cycle journalier[20]. Les fleurs de tournesol se tournent vers le soleil, le suivant dans sa ronde journalière. Des chercheurs ont cultivé des tournesols dans une chambre à lumière artificielle. Tant que la lumière se déplaçait dans un cycle proche de 24 heures les plants suivaient ce mouvement. Quand ce cycle atteignait trente heures les plants étaient incapables de se caler sur ce rythme. L’héliotropisme n’est pas le simple effet direct de la lumière sur la plante. Il vient d’un apprentissage lié à l’horloge interne[21].

Un rappel sélectif[modifier | modifier le code]

Les plantes réagissent à des contacts par des fermetures de folioles ou par une pression osmotique de certaines cellules qui se contractent et se relâchent à la façon des cellules musculaires des animaux. Ces mouvements utilisent de grandes quantités d’énergie. De trop nombreux contacts peuvent entraîner la mort de la plante par épuisement. On a montré que des plantes peuvent mémoriser le fait qu’elles ont déjà été touchées une première fois sans danger. Dans ce cas elles ne réagissent plus à ce stimulus et ne mettent en place la réaction explosive de défense que si c’est nécessaire. Elles économisent ainsi leur énergie[22].

L’apprentissage[modifier | modifier le code]

Il y a apprentissage lorsqu’une plante modifie sa façon de réagir à de nouvelles perceptions du même stimulus. L’équipe de Paul Sabatier (CNRS/Université Toulouse III) a démontré qu’un organisme unicellulaire, le Physarum polycephalum est capable d’apprentissage. Après avoir été confronté plusieurs fois à un obstacle imprégné de caféine il a appris à ne plus le craindre[23]. Chez de jeunes arabettes un choc de froid induit une augmentation du calcium dans les cellules. Si les chocs de froid sont répétés cette augmentation est atténuée. De même si l’on fait passer les algues bleues d’un milieu nutritif pauvre en phosphate à des milieux où l’on augmente graduellement la concentration les échanges entre la cellule et le milieu extérieur diminuent progressivement d’intensité. Les avantages d’une mémoire d’apprentissage sont évidents. La mémoire de type apprentissage conserve la rapidité de la réaction tout en permettant de moduler l’intensité de la réponse selon les stimulus perçus[24].

Des organismes vivants sensibles[modifier | modifier le code]

Les plantes ont des comportements qui témoignent d’une certaine sensibilité. Leurs capteurs perçoivent la gravité terrestre, les contacts, la lumière, la température, les odeurs, les sons et réagissent en conséquence. Les plantes induisent les réponses physiologiques appropriées qui leur permettent de survivre. Elles communiquent entre elles ou avec des insectes. Elles ont des réactions de défense. Elles ont la notion du soi et du non-soi, perçoivent leur environnement, ont une mémoire, ce qui est qualifié pour les animaux, en éthologie, d’ « intelligence plurielle »[25].

Ne pouvant se déplacer les plantes possèdent une grande richesse et variabilité génétique pour répondre aux variations de l’environnement et aux agressions. Elles disposent d’un grand nombre de gènes. Le riz compte plus de 40 000 gènes alors que l’être humain n’en a environ que 25 000[26]. Cette richesse génétique accouplée à une extraordinaire aptitude à synthétiser des molécules complexes[27] permet aux plantes d’adapter leur métabolisme et leur développement aux conditions locales. Elles génèrent une réponse optimisée à l’ensemble des stimulations, stress et agressions auxquels elles sont soumises[28].

Un système nerveux ?[modifier | modifier le code]

Que ce soit pour la mémoire « stockage/rappel » ou pour la mémoire de type « apprentissage » on trouve un nombre surprenant de manifestations communes aux mémoires animales et végétales. Pour Michel Thellier il s’agit-là de convergences au niveau fonctionnel plutôt que de véritables similitudes car les mécanismes à la base de ces propriétés ne sont pas les mêmes. Chez les plantes la propagation d’ondes électriques se fait au niveau du tissu qui assure la conduction de la sève. Les cellules de ce tissu sont beaucoup moins spécialisées que ne le sont les neurones des animaux et les ions impliqués ne sont pas les mêmes. Chez les plantes la consolidation des mémoires à long terme se fait dans des cellules apparemment banales qui ne sont pas comparables aux structures cérébrales spécialisées des animaux supérieurs. Au total les plantes ont de la mémoire, mais cette mémoire n’est pas de même nature que celle des humains[29].

Stefano Mancuso en a une autre interprétation. Il utilise pour la première fois en 2005 l’expression neurobiologie et fonde avec Frantisek Baluska, de l’université de Bonn, le Laboratoire international de neurobiologie végétale à Sesto Fiorentino, près de Florence. Baluska souligne que la plupart des activités neuronales dans le cerveau humain sont aussi présentes chez les plantes avec des fonctionnements très similaires. Pour Mancuso les végétaux ont une sorte de cerveau diffus, alors que chez les animaux tout est concentré dans un seul organe. Directeur de recherche à l’INRA, Bruno Moulia relativise. Chez les végétaux les mêmes tissus assurent de nombreuses fonctions. Mais la question de la jonction électrique et de la transmission du signal n’est pas encore résolue[26].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Suty, 2014, p. 6 et 7
  2. Suty, 2015b, p. 8
  3. Suty, 2010, p. 150 et 151
  4. Suty, 2010, p. 150 à 152
  5. Suty, 2015a, p. 37 à 40
  6. Thellier, p. 75 à 78, 88
  7. Suty, 2010, p. 152
  8. Suty, 2015b, p. 14
  9. Suty, 2015a, p. 23, 24
  10. Suty, 2015b, p. 8 à 11
  11. Suty, 2015b, p. 18 à 22
  12. Suty, 2015b, p. 25,26, 30
  13. Suty, 2015b, p. 24, 25
  14. Suty, 2015b, p. 36, 37
  15. Suty, 2015b, p. 35,36
  16. Suty,2015b, p. 6 à 46
  17. Thellier, p. 65
  18. Thellier, p. 70
  19. Thellier, p. 48 à 50
  20. Thellier, p. 43, 44
  21. Le Monde du 10/08/2016
  22. Suty, 2015a, p. 38
  23. Communiqué de presse national/Paris/25 avril 2016
  24. Thellier, p. 61, 62
  25. Suty, 2015a, p. 36 à 40, 46
  26. a et b Le Monde, Science et techno, 29/02/2016
  27. Suty,2010, p. 11
  28. Thellier, p. 83
  29. Thellier, p. 67

Bibliographie[modifier | modifier le code]

• Lydie Suty, La lutte biologique, éditions Quæ, 2010

• Lydie Suty, Les végétaux, évolution, développement et reproduction, éditions Quæ, 2014

• Lydie Suty, Les végétaux, les relations avec leur environnement, éditions Quæ, 2015a

• Lydie Suty, Les végétaux, des symbioses pour mieux vivre, éditions Quæ, 2015b

• Michel Thellier, Les plantes ont-elles une mémoire, éditions Quæ, 2015

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Symbiose

Végétal