Source: The Conversation – in French – By Joel Marthelot, Chercheur au CNRS, Aix-Marseille Université (AMU)
La dionée, ou « plante attrape-mouche », fascine les naturalistes depuis des siècles pour sa capacité à refermer son piège en une fraction de seconde lorsqu’un insecte s’y aventure. Charles Darwin écrivait d’ailleurs dans Insectivorous Plants, en 1875, qu’elle était, « par la rapidité et la puissance de ses mouvements, l’une des plus merveilleuses qui soit au monde ».
Cette fascination tient à un paradoxe : contrairement aux animaux, les plantes ne possèdent ni muscles ni système nerveux centralisé. Comment peuvent-elles alors produire des mouvements aussi rapides ?
Depuis plusieurs décennies, l’explication dominante reposait sur un mécanisme hydraulique. Une redistribution rapide de l’eau entre différentes cellules du piège devait provoquer un changement de courbure des feuilles et entraîner leur fermeture. Cette hypothèse s’accordait avec le rôle central que joue la pression hydraulique dans de nombreux processus végétaux, depuis les mouvements réversibles d’ouverture et fermeture des pores à la surface des feuilles, pour capter le C0₂ nécessaire à la photosynthèse, jusqu’à la croissance lente des tissus.
Notre étude, publiée dans Science, montre toutefois que cette explication est insuffisante. En combinant des mesures hydrauliques et mécaniques de l’échelle du piège entier à la cellule, nous avons pu comparer directement les échelles de temps associées aux différents mécanismes en jeu.
Nous avons montré que les transferts d’eau sont beaucoup trop lents pour expliquer une fermeture qui se produit en environ un dixième de seconde, et mis en évidence un autre phénomène, beaucoup plus rapide.
Dans la seconde qui suit la stimulation, les cellules de la face externe du piège, qui se comportent comme des ballons gonflés, se ramollissent brutalement. Ce ramollissement ne provient pas de la baisse de la pression interne, mais directement de la paroi qui entoure les cellules, qui devient plus flexible !
L’équilibre mécanique des tissus est ainsi modifié et induit une courbure active des deux lobes du piège, qui se referment. Le système franchit alors un seuil d’instabilité mécanique, comparable à celui d’une coque élastique qui se retourne brusquement sous l’effet d’une contrainte, à la manière des jouets appelés « puces sauteuses », déclenchant une amplification spectaculaire de la vitesse du piège.
Il s’agit de la première démonstration expérimentale d’un changement aussi rapide des propriétés mécaniques des parois cellulaires chez une plante.
Pourquoi est-ce important ?
Cette découverte conduit à revoir notre compréhension des mouvements végétaux rapides.
Les mouvements des plantes sont généralement interprétés comme des phénomènes gouvernés par des échanges d’eau. Nos travaux révèlent une autre stratégie : plutôt que de déplacer rapidement de grandes quantités d’eau, la plante agit directement sur les propriétés mécaniques de la paroi cellulaire.
On peut comparer ce mécanisme à celui d’un ressort comprimé. L’énergie nécessaire au mouvement est stockée à l’avance dans la structure. Il suffit ensuite de libérer un verrou pour déclencher un mouvement très rapide. Dans le cas de la dionée, ce verrou est mécanique : l’assouplissement local des parois cellulaires permet au piège de franchir un seuil d’instabilité et de basculer brutalement d’un état stable à un autre.
Yoel Forterre, Fourni par l’auteur
Plus généralement, cette observation montre que la paroi cellulaire végétale n’est pas un simple élément structural passif, mais un matériau dont les propriétés mécaniques peuvent être modulées de manière dynamique pour contrôler le mouvement.
Quelles sont les suites ?
Si nous avons identifié le mécanisme physique responsable de la fermeture du piège, de nombreuses questions demeurent ouvertes.
La principale concerne l’origine moléculaire de ce ramollissement ultrarapide. Comment la plante parvient-elle à modifier en quelques secondes les propriétés mécaniques de ses parois cellulaires ?
La paroi végétale est un matériau composite complexe, constitué d’un réseau de fibres de cellulose enchâssées dans une matrice de polysaccharides et de protéines. Les acteurs moléculaires responsables de cette transition mécanique restent encore à identifier. Comprendre comment un signal mécanique déclenché par le contact d’un insecte est converti en une modification aussi rapide des propriétés du matériau constitue désormais l’un des principaux défis.
Yoel Forterre, Fourni par l’auteur
Les progrès récents des outils de génétique moléculaire appliqués à la dionée ouvrent aujourd’hui des perspectives prometteuses. Ils pourraient permettre de relier les mécanismes biologiques impliqués aux changements mécaniques observés à l’échelle de la paroi.
Au-delà de la biologie végétale, cette découverte intéresse également les ingénieurs qui cherchent à concevoir des robots souples et des matériaux adaptatifs. Les structures bistables et les instabilités mécaniques sont déjà largement exploitées pour produire des mouvements rapides comme des mini-robots sauteurs.
La dionée montre cependant qu’un organisme vivant peut contrôler une telle instabilité en modifiant très rapidement les propriétés mécaniques de ses tissus. Ce principe pourrait inspirer une nouvelle génération de systèmes capables de changer de forme rapidement en réponse à un signal mécanique, électrique ou chimique.
Tout savoir en trois minutes sur des résultats récents de recherches, commentés et contextualisés par les chercheuses et les chercheurs qui les ont menées, c’est le principe de nos « Research Briefs ». Un format à retrouver ici.
Ce travail a reçu le soutien financier du programme public H2020 de l’Union Européenne (Conseil Européen de la Recherche) à travers le projet ERC 647384 PLANTMOVE .
Joel Marthelot ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d’une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n’a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.
– ref. Une plante carnivore révèle un mécanisme inédit de mouvement ultrarapide sans muscle – https://theconversation.com/une-plante-carnivore-revele-un-mecanisme-inedit-de-mouvement-ultrarapide-sans-muscle-285263