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Quelque part dans les zones humides de Caroline du Sud, une mouche bourdonnante se pose sur une surface rosée. Alors que la mouche explore cet étrange paysage, elle effleure inconsciemment une petite chevelure qui se dresse comme une épée. Se promenant, la mouche broute accidentellement un autre petit cheveu. Soudainement, la surface rose se referme des deux côtés, claquant comme une paire de mâchoires voraces. Le flou du mouvement ne dure qu’un dixième de seconde, mais la mouche est piégée pour toujours.

« Nous ne pensions pas que les plantes bougeaient à ce point, mais elles peuvent bouger si vite que vous ne pouvez pas les voir à l’œil nu », explique Joan Edwards, botaniste au Williams College de Williamstown, Massachusetts. Nous avons tendance à imaginer les plantes comme des formes de vie statiques ancrées sur place jusqu’à leur mort. Pour décrire quelque chose d’ennuyeux, nous dirions que c’est «comme regarder l’herbe pousser». Mais c’est une vision obsolète de la vie végétale.

Le mouvement des plantes

Toutes les plantes ont une forme de mouvement plutôt lente, mais plusieurs peuvent aussi se déplacer rapidement. Les mâchoires cassantes du piège de la Vénus attrape-mouche (Dionaea muscipula) en sont l’exemple le plus célèbre, mais sont loin d’être unique. Le monde végétal offre de nombreux autres exemples tout aussi impressionnants, comme l’arbre à sable explosif (Hura crepitans), également connu sous le nom d’arbre à dynamite, peut lancer ses graines assez loin pour traverser une piscine olympique; les rossolis (ou Droséra) ont des vrilles collantes qui s’enroulent autour de leurs proies; et le toucher-moi-pas (Mimosa pudica) se replie en quelques secondes après un contact.

« Les plantes ont développé un certain nombre d’approches et de mécanismes différents pour le mouvement », explique Edwards. Cette variété a donné lieu à un énorme spectre de vitesse, depuis la prolifération des racines (1 millimètre par heure) jusqu’au lancement explosif des graines (dizaines de mètres par seconde).

Fasciné par le claquement rapide et énergique de l’attrape-mouche de Vénus, Charles Darwin a qualifié la plante de «l’une des plus merveilleuses au monde». Il a réalisé toutes sortes d’expériences axées sur le « flytrap » décrites dans son livre « Insectivorous Plants » de 1875. Darwin a appâté les plantes avec de la viande crue, les a poussés avec des objets aussi fins que des poils humains et a même testé comment les pièges des plantes réagissaient aux gouttes de chloroforme. Bien que Darwin n’ait pas complètement découvert les secrets du « flytrap », il a compris que sa vitesse avait à voir avec la géométrie de ses feuilles.

La recherche moderne sur le mouvement rapide des plantes a une précision que Darwin envierait. Il y a un peu plus d’une décennie, les scientifiques ont commencé à utiliser des caméras numériques à haute vitesse et la modélisation informatique pour obtenir une nouvelle vision du mouvement des plantes. Les analyses image par image, accompagnées d’une résolution améliorée, ont enfin offert un aperçu détaillé des mécanismes qui donnent aux plantes leur vitesse.

Plus récemment, les preuves indiquent l’existence d’une variété surprenante de mécanismes. Au cours des dernières années seulement, les chercheurs ont découvert des engins qui ressemblent à un joueur de football, qui lancent comme un joueur de crosse et qui génèrent même de la chaleur pour lancer des graines de façon explosive. Près de 150 ans après le travail de Darwin, l’impulsion pour une telle recherche reste la même – une fascination pour le mouvement des plantes.

Se déplacer sans muscles

Yoël Forterre était postdoctorant à l’Université Harvard au début des années 2000, lorsque son conseiller a reçut en cadeau un attrape-mouche de Vénus. N’ayant jamais vu cette plante auparavant, Forterre était étonné de sa capacité à se déplacer sans muscles. Il se rendit vite compte que le mouvement pouvait être compris à travers le prisme de sa propre spécialité: la physique de la matière molle, domaine concerné par la mécanique des matériaux déformables comme les liquides, les mousses et certains tissus biologiques.

Forterre a publié une étude en 2005 dans Nature, qui a été parmi les premières à exploiter à la fois les caméras à haute vitesse et la modélisation informatique pour étudier les mécanismes de déplacement rapide des plantes. «La grande transformation a été réalisée par des caméras numériques à haute vitesse», explique Dwight Whitaker, physicien expérimental au Pomona College de Claremont, en Californie. À cette époque, les caméras faisaient leur chemin dans les laboratoires universitaires. « Avec le film, vous avez une chance », dit-il. Tout doit être arrangé à l’avance, « c’est la raison pour laquelle les réalisateurs ont besoin de dire: lumières, caméra, action! « Dans cet ordre. »

Avec cette nouvelle technologie, Forterre et ses collègues pouvaient suivre les moindres changements dans la courbure des feuilles du « flytrap », qui se font face comme deux moitiés d’un livre. Cela a permis à l’équipe de voir comment la vitesse de la plante repose sur la géométrie de ces feuilles. Lorsque le piège est déclenché par une mouche ou une autre proie, les cellules sur les surfaces extérieures vertes des feuilles se dilatent, alors que les surfaces internes roses ne le font pas. Cela crée une tension lorsque la surface extérieure pousse vers l’intérieur. Finalement, la pression devient trop grande et les feuilles, à l’origine de forme convexe, se retournent rapidement en se concavant, pour se refermé dans un processus connu sous le nom de « claquement ».

Une façon de comprendre ce mouvement élastique est de regarder un jouet pour enfants populaire, explique Zi Chen, un ingénieur à Dartmouth College qui étudie également le « flytrap ». Les poppers en caoutchouc sont de petits hémisphères en caoutchouc qui peuvent être inversés. Comme un ressort comprimé, les jouets inversés ont beaucoup potentiellement d’énergie. Les poppers convertissent cette énergie en énergie cinétique en retournant à leur forme originale, en lançant plusieurs pieds dans l’air. De même, l’énergie potentielle provenant de la tension des surfaces externes contre les surfaces intérieures des feuilles d’un piège à mouches, est convertie en énergie cinétique, permettant au piège de se refermer en un dixième de seconde.

Le dynamitage

À peu près au même moment où Forterre examinait les pièges à mouches, Edwards et son mari se trouvaient à l’Isle Royale du lac Supérieur, où ils dirigeaient un groupe de chercheurs en herbe qui effectuaient des travaux sur le terrain sur les plantes indigènes. Comme le raconte Edwards, une étudiante a baissé la tête pour renifler une fleur du Cornouiller du Canada (Cornus canadensis) et a annoncé que «quelque chose avait fait pouf». Intriguée par cette distraction, l’équipe a ramené des spécimens au laboratoire pour capturer le comportement à l’aide d’une caméra vidéo. Mais tout ce qui a déclenché le pouf n’était pas visible. Donc, Edwards a utilisé une caméra pouvant filmer à 1000 images par seconde.

«C’était encore flou, alors j’ai pensé que quelque chose n’allait pas avec l’appareil», explique-t-elle. Elle a porté ce problème à Whitaker, qui était alors chez Williams. Il s’est avéré que la plante se déplaçait trop rapidement pour que la caméra puisse capturer les mouvementas. Edwards a commandé une caméra spéciale pouvant filmer à 10 000 images par seconde, et, pour la première fois, elle a vu le mécanisme clairement.

Quatre pétales fusionnés à peine retiennent quatre étamines pliées qui dépassent de les pétales. Quand ils sont effleurés – par un gros bourdon ou le nez d’un humain curieux – les pétales se séparent, libérant les étamines. Les étamines se retournent vers l’extérieur, lançant un sac de pollen attaché à sa pointe. Cette fleur lance le pollen au déclenchement de l’explosion, ou dans le vent.

Les chercheurs sont fascinés

Les chercheurs étaient fascinées par cet ensemble de découvertes, ils ont alors cherché à comprendre comment les plantes ont développé leurs innombrables méthodes de mouvement. Pour beaucoup de plantes, le «pourquoi» est assez clair: les plantes qui capturent rapidement les insectes ont une bonne source d’éléments nutritifs – l’azote et le phosphore – que les plantes n’ont pas en abondance dans le sol. De même, les plantes qui se déplacent rapidement peuvent disperser leurs graines plus loin, gagnant un avantage évolutif par rapport à celles qui ne le font pas.

Mais comprendre comment la vitesse est venue est beaucoup plus compliqué. Un indice récent pourrait aider à reconstituer l’histoire évolutive de ce type de plantes. Dans un aperçu de 2017 publié dans les rapports scientifiques, Anna Westermeier a rapporté quelque chose d’intrigant: une espèce qui avait l’architecture d’un piège, mais qui ne se fermait ou ne s’ouvrait pas.

Cette espèce semble être une forme plus primitive dans laquelle un piège s’est développé mais n’est pas devenu pleinement fonctionnel, selon Westermeier, de l’Université de Fribourg en Allemagne. Identifier les plantes-parentes qui ont des morceaux de ces mécanismes pourrait aider à révéler comment les mouvements rapides ont évolué. Whitaker espère trouver des indices similaires en observant plus largement les plantes de la famille des Acanthaceae, qui comprend le pétunia sauvage à fleurs et des milliers d’autres espèces de plantes à fleurs, dont presque toutes ont une forme de dispersion de leurs graines explosives.

Cette grande diversité découverte jusqu’à présent est impressionnante, mais est-ce inattendu ? « Ce n’est pas du tout surprenant », explique Karl Niklas, expert en plantes à l’Université Cornell. Niklas a étudié l’évolution des plantes pendant plus de quatre décennies. « C’est l’ego humain [qui a limité nos recherches sur les plantes]. », explique-t-il, rejetant l’idée que le mouvement est quelque chose de réserver uniquement aux animaux.

source : Nature