10 mystères de l’intelligence des plantes

L’intelligence des plantes ? Cela semble être un oxymore. Étant donné que les plantes manquent d’un système nerveux central, nous avons tendance à les percevoir comme simples. Pourtant, la flore a démontré sa capacité à compter, apprendre, communiquer, s’adapter aux signaux environnementaux, effectuer des calculs, camoufler en imitant leurs voisines, former d’immenses réseaux fongiques et même montrer de la mémoire. Non seulement les plantes remettent en question nos préjugés sur l’intelligence, mais elles pourraient également servir de modèles pour de futures avancées médicales, des technologies industrielles et l’exploration spatiale.

10 L’arithmétique des plantes

La dionée attrape-mouches sait compter. Jusqu’à cinq, en fait. Si deux poils sont touchés dans un délai de 20 secondes, le piège se ferme. En cas de contact avec cinq poils, la digestion commence.

Dionaea muscipula est devenue carnivore pour faire face à des sols pauvres. Les mouches et les fourmis constituent des repas attrayants, mais les capturer et les digérer est énergétiquement coûteux. La plante compte pour économiser de l’énergie, en apprenant à faire la distinction entre un stimulus non comestible, tel que des gouttes de pluie ou des débris, et une proie digne de la synthèse de l’acide jasmonique.

Des couleurs vives et un nectar sucré attirent les proies vers la surface interne des feuilles piégeuses. Chaque contact génère un potentiel d’action accompagné d’une onde de calcium. Si une deuxième onde apparaît avant que le potentiel d’action ne revienne à la normale, le piège se ferme dans un dixième de seconde, ensevelissant la proie rapide. Les chercheurs appellent cet horodatage biologique une forme de mémoire à court terme.

Certaines dionées mutants naissent sans la capacité de compter. Les chercheurs ont constaté que l’application d’acide jasmonique exogène, l’hormone végétale qui déclenche les voies digestives, peut restaurer la réponse digestive.

9 Communication chimique

Les larves de coléoptères aiment le solidago, mais ce dernier a son mot à dire. Lorsque ces petites créatures ravagent la plante, Solidago altissima libère des produits chimiques portant un message : la plante est endommagée et constitue une mauvaise source de nourriture. Les solidagos non endommagés perçoivent le signal chimique et mettent en place une défense préventive contre les larves.

Le solidago peut tolérer la perte de 30 % de sa masse foliaire à cause des insectes. Au-delà, c’est mortel. Ainsi, ce système est conçu pour faire fuir les larves. En conséquence, les dégâts se répartissent à travers toute la population de plantes plutôt que de se concentrer sur un individu.

Les chercheurs ont observé une communication chimique dans 35 espèces de plantes. Ces composés organiques volatils (COV) sont utilisés non seulement pour dissuader les herbivores, mais aussi pour attirer les insectes prédateurs et peuvent signaler à d’autres plantes, même de complètement espèces non liées, de déclencher des réponses de défense. Étant donné que le solidago pousse en densités similaires à celles des cultures, les chercheurs explorent des moyens d’exploiter le pouvoir des COV en agriculture.

8 Le web des bois

En 1997, Suzanne Simard a découvert quelque chose de choquant sous le sol des forêts de Colombie-Britannique : de vastes réseaux de champignons reliant les racines des arbres. Ces réseaux mycorhiziens communs (RMC) ont été appelés le web des bois car ils ressemblent à Internet. Simard a observé un échange de carbone entre le bouleau à papier et le sapin de Douglas. Elle a également remarqué que le sapin de Douglas, touché par des insectes, communiquait avec le pin ponderosa à proximité, qui commençait alors à produire des enzymes défensives contre la menace à six pattes. Les plantes fournissent aux champignons du carbone fixe par photosynthèse, tandis que les champignons fournissent aux plantes de l’azote et du phosphore. Cependant, ces mêmes réseaux symbiotiques peuvent parfois devenir parasites.

Certaines affirmations plus larges de Simard ont été mises en question. Les preuves concernant l’étendue des RMC, leur impact positif sur le succès des semis, ou la capacité des arbres matures à les utiliser pour diriger des ressources vers leur progéniture, restent limitées.

Ce que nous savons : les RMC existent et relient les racines des arbres avec celles d’autres arbres, d’arbustes, de semis et d’herbes. Ces réseaux transfèrent des nutriments, du carbone, de l’eau et des signaux infochemicals. De plus, la découverte des RMC a changé la façon dont les scientifiques perçoivent une forêt : non plus comme des arbres indépendants, mais comme des réseaux interconnectés.

7 Thermogenèse

Des plantes à sang chaud ? Cela semble une fiction scientifique. Cependant, certaines plantes comme le chou puant sont thermogéniques : elles génèrent de la chaleur de manière métabolique.

Symplocarpus foetidus fleurit souvent avant la fonte des neiges. Ce membre de la famille des arums produit de la chaleur par respiration cellulaire résistante au cyanure dans ses mitochondries. Un grand nombre de ces organites cellulaires permet au spadice au centre de la fleur d’être environ 20°F (–6,7°C) plus chaud que l’air ambiant. Cela peut être réalisé pendant plus de 14 jours, offrant un idéal pour la pollinisation précoce du printemps et la maturation des fleurs.

Le nom de la fleur dérive de son odeur fétide. Cette puanteur attire les pollinisateurs tels que les moucherons et les mouches, qui la prennent probablement pour de la charogne. Le lotus et le papaw commun ont également la capacité de produire de la chaleur métabolique. Curieusement, ils attirent les coléoptères, car ils ont évolué avant que les abeilles ne deviennent le pollinisateur principal.

La capacité des plantes thermogéniques à reconnaître et à s’adapter à leur environnement a amené certains à les qualifier d’intelligentes. En novembre 2005, des chercheurs de l’Université de Morioka ont découvert que le chou puant utilisait jusqu’à trois variables pour réguler sa température interne, un peu comme un thermostat de four. Au Japon, cette plante est connue sous le nom de “plante zen” en raison de sa ressemblance perçue à un moine en méditation.

6 Mimétisme de la vigne Boquila

La vigne Boquila est un caméléon. Cette plante grimpante de la forêt chilienne imite les feuilles des plantes sur lesquelles elle s’appuie, et par moments, même celles d’autres espèces voisines avec lesquelles elle n’a pas de contact. Boquila trifoliolata a été décrite pour la première fois dans les années 1800, mais ce n’est qu’en 2013 que son mimétisme a été révélé. L’écologiste végétal Ernesto Gianoli a réalisé qu’un spécimen inconnu était une vigne Boquila imitant l’une des feuilles de sa plante hôte. Après cette découverte, Gianoli a trouvé des Boquila imitant plus de 20 espèces de plantes.

Personne ne sait comment la Boquila change de forme. Certains suggèrent un échange chimique. D’autres évoquent des transferts génétiques de l’hôte vers la plante caméléon. En 2021, Gianoli a publié un article signalant des similitudes de microbiome entre le modèle et le mimétique, suggérant que des bactéries pourraient jouer un rôle.

Boquila utilise le mimétisme pour éviter l’herbivorie. D’abord, elle grimpe au-dessus des herbivores au sol. Ensuite, elle trouble visuellement les herbivores en cachant ses tiges juteuses parmi des espèces moins appétissantes. Curieusement, une seule vigne Boquila associée à deux espèces différentes peut imiter les deux.

5 L’ouïe des racines

Depuis des décennies, des personnes ont suggéré que les plantes pouvaient entendre la musique et même avoir des préférences de genre. Bien que cela soit surtout considéré comme de la pseudoscience, des recherches récentes ont fourni des preuves que les plantes peuvent détecter certains sons.

En 2016, Monica Gagliano de l’Université d’Australie-Occidentale a découvert que les racines des plants de pois pouvaient entendre l’eau. Des semis de pois cultivés dans des labyrinthes étaient contraints de prendre des décisions directionnelles. Leurs racines ont poussé vers le son de l’eau, même si celle-ci était contenue dans un tuyau difficilement accessible. Cependant, Pisum sativum ne réagissait pas aux enregistrements de l’eau courante, et le bruit blanc les repoussait. Lorsqu’on leur donnait le choix entre le son d’eau dans un tuyau et un sol humide, les semis optaient pour le sol humide. Les pois semblent utiliser des sons pour localiser de l’eau à distance, mais préfèrent les gradients d’humidité lorsqu’ils sont proches.

Comment les plantes entendent reste un mystère. Michael Schöner de l’Université de Greifswald pense que “les vibrations sonores pourraient déclencher une réponse de la plante via des mécanorécepteurs, qui pourraient être de très fines structures poilues, tout ce qui pourrait fonctionner comme une membrane.” Ces découvertes, bien qu’elles demeurent débattues et nécessitent une reproduction, suggèrent des capacités sensorielles surprenantes des plantes.

4 Robotique plantoïde

Des robots inspirés des humains et des animaux… pourquoi pas ? Mais des plantes ? En 2015, une équipe a développé le premier robot souple inspiré des vrilles de plantes. Ce “plantoïde” a émergé de l’Istituto Italiano di Tecnologia, dirigé par Barbara Mazzolai. Ces robots imitent la façon dont les plantes évitent le danger et cherchent les nutriments sans yeux ni muscles. Des capteurs dans les racines surveillent la température, l’humidité, la lumière et la nutrition. Ces robots se comportent comme des vignes dans leur capacité à s’adapter aux environnements changeants. Plus significatif encore, ils peuvent croître. Les plantoïdes ajoutent des cellules à leur structure à l’aide d’imprimantes 3D.

Mazzolai envisage les plantoïdes comme “un endoscope en croissance dans le corps humain ou même un explorateur spatial des mondes étrangers.” À l’avenir, nous pourrions trouver des applications pour les plantoïdes dans des soutiens flexibles en thérapie de réhabilitation, pour la surveillance de la pollution, et même dans des opérations de sauvetage. Les racines de plantes ne sont pas les plus rapides à creuser, mais elles sont les plus efficaces, faisant des plantoïdes un outil puissant pour l’exploration souterraine.

3 Anticipation photopériodique

Le cresson de thale ne se contente pas de mesurer le temps : il le divise. Cette petite plante de moutarde accumule des réserves d’énergie dans ses feuilles durant la journée et les consomme la nuit. Les chercheurs ont découvert que ces réserves diminuaient de manière linéaire avec la longueur de l’obscurité. Ce comportement, appelé anticipation photopériodique, nécessite des calculs complexes. Arabidopsis thaliana calcule avec précision la quantité d’amidon à consommer afin que ses réserves d’énergie durent exactement toute la longueur de la nuit, maximisant ainsi son métabolisme et sa croissance.

Comment le cresson de thale mesure et divise le temps reste mystérieux. En 2012, Developmental Cell a publié des recherches suggérant que le gène PP2-A13 pourrait être impliqué. Ce gène est exprimé et pourrait être nécessaire à la survie de la plante durant les périodes de faible luminosité hivernales. Cela rejoint la croyance des chercheurs que la durée de la nuit est plus importante dans l’anticipation photopériodique que le nombre d’heures de lumière.

Lorsque Arabidopsis adaptée aux jours courts est soudainement exposée à une photopériode prolongée, un stress photopériodique se produit. Cela déclenche une réponse défensive avec une augmentation d’acide jasmonique, d’acide salicylique et de camalexine. Cette réaction reflète non seulement une mémoire, mais peut également renforcer la résistance aux pathogènes.

2 Mémoire chez Mimosa

Mimosa pudica est si réactive qu’elle est connue sous le nom de “plante sensitive” ou “ne me touche pas”. Lorsqu’elle est stimulée, cette plante grimpante originaire d’Amérique du Sud et centrale referme ses feuilles.

En 2014, Monica Gagliano de l’Université d’Australie-Occidentale a mené une série d’expériences pour tester la mémoire à long et à court terme de Mimosa pudica. Elle faisait tomber de l’eau sur les plantes dans des conditions de forte et faible luminosité. La mimosa a cessé de fermer ses feuilles lorsqu’elle a appris que le stimulus n’avait pas de conséquences négatives.

La mimosa a appris ce comportement en quelques secondes. De plus, les plantes en conditions de faible luminosité étaient des apprenantes plus rapides. Plus l’environnement était énergétiquement coûteux, plus la plante apprenait rapidement et formait des souvenirs. Ce comportement acquis a duré plusieurs semaines. Bien longtemps après que le stimulus ait cessé et que les conditions environnementales aient changé, la mémoire de la mimosa semblait perdurer. Bien que ces plantes n’aient ni cerveau ni système nerveux, elles affichent un rappel auquel on ne s’attendait que chez les animaux. Ces résultats sont intrigants mais demeurent controversés et nécessitent d’être répliqués.

1 Mauvais voisins

Les piments et le fenouil se disputent. Typiquement, le fenouil produit des signaux chimiques qui ralentissent la croissance de son rival à croissance rapide. Cependant, ce n’est pas le seul moyen par lequel ils communiquent.

En 2013, Monica Gagliano a bloqué les contacts chimiques, lumineux et physiques entre les plantes. Pourtant, les piments ont tout de même perçu la présence du fenouil. Les piments pourraient utiliser des indices non chimiques – tels que le son ou éventuellement des signaux électromagnétiques – bien que les mécanismes demeurent non prouvés. Même sans les signaux standards, les piments semblaient détecter le fenouil et croître plus vite. Lorsque de jeunes piments détectent des voisins hostiles, ils allouent de l’énergie à leurs racines. Même s’ils sont protégés des signaux chimiques, les semences de piment sont réticentes à pousser près du fenouil.

Lorsque les piments détectent qu’ils sont proches d’un voisin amical, comme le basilic, ils ralentissent leur croissance. Avec ces plantes non concurrentielles, ils dirigent leur énergie vers leurs tiges plutôt que vers leurs racines. Dans les expériences, les différences dans la germination et la croissance entre les piments à proximité du fenouil et ceux à proximité du basilic étaient légères mais significatives.