vendredi 13 novembre 2015

58- L'esprit des plantes -3- Calcul mathématique

CALCUL MATHÉMATIQUE


Dans son blog (en espagnol, et certains articles traduits en anglais), Elodie Brans publiait, l’année dernière, un article qui s’intègre parfaitement avec ma série « l’esprit des plantes ».
Vous trouverez un accès direct à ce blog dans la colonne de gauche.
Je lui ai demandé l’autorisation de l’utiliser. Après plusieurs tentatives infructueuses d’écrire un article personnel sur ce même sujet, qui soit aussi concis et clair, j’ai décidé de le publier tel quel en espagnol et traduit pour le français et l’anglais.
C’est un peu un manque de courage, mais finalement, si c’est pour dire la même chose, mais en moins bien…

Donc pour cet article intitulé « Les plantes, ces expertes en calcul mathématique »
Elodie Brans reprenait une publication (en anglais) de la revue eLIFE

Image extraite de l'article original de Elodie Brans

« Les dernières recherches en biologie végétale me font regarder les géraniums de mon balcon avec une certaine admiration. Nous avons tendance à penser que les plantes sont des êtres inertes, extrêmement fragiles, appréciées seulement pour ce qu’elles produisent (graines, fleurs, fruits, racines, tubercules, bois, oxygène…). Mais vous pouvez gommer cette image de sous espèce passive car nous savons désormais que, tout comme les animaux, et bien que nous ne les entendions pas, les plantes « parlent » entre elles, en utilisant divers mécanismes sensoriels pour communiquer, plus spécialement dans le but de se défendre.

Les plantes peuvent sentir, les plantes peuvent s’exprimer… et en plus maintenant elles peuvent compter !

Des botanistes du centre de recherche britannique John Innes Centre ont publié ce passionnant travail dans la revue eLIFE après avoir constaté que les plantes sont capables de gérer leurs réserves d’amidon durant toute la nuit de telle manière qu’elles s’épuisent précisément au moment du lever du jour pour éviter ainsi une mort certaine par famine.

Image extraite de l'article original de Elodie Brans

Comme nous le savons tous, durant le jour les plantes réalisent la photosynthèse, processus essentiel pour leur croissance puisque c’est pendant la journée que, grâce au CO2 atmosphérique et à l’énergie que lui apporte la lumière, les plantes synthétisent de la matière organique indispensable à sa constitution. Durant la nuit, en absence de lumière et de photosynthèse, la machinerie moléculaire ne s’arrête pas, les plantes continuent à générer de la matière organique et elles le font en tirant de leurs réserves en carbohydrates (typiquement de l’amidon) pour continuer à apporter de l’énergie à leur métabolisme.

Une adaptation de ressources variable et intelligente ?
Nous partons de la prémisse que le soleil ne se couche pas toujours à la même heure, que ce soit à cause du changement de saison, de la zone géographique, ou même simplement parce que par malchance pour les plantes de notre salon, nous n’ouvrons pas les volets à la même heure. Donc si les nuits n’ont pas toujours la même durée, comment les plantes s’arrangent-elles pour gérer efficacement leur stock d’amidon sans s’évanouir avant l’arrivée du matin suivant ?

Pour répondre à cette question, les botanistes auteurs de l’étude réalisèrent une expérimentation très simple mais dont les résultats sont d’avant-garde pour les organismes végétaux. Ils installèrent Arabidopsis thaliana, la plante herbacée favorite par excellence des laboratoires, dans différentes pièces à lumière contrôlée pour les soumettre à des nuits de longueur variable. A leur grande surprise, ils observèrent que quelle que soit la longueur de la nuit, si l’arrivée de la nuit a été artificiellement avancée ou retardée, les plantes consomment toujours 95% de leurs réserves d’amidon accumulées durant la journée.
Deux hypothèses furent donc avancées : soit la plante s’adapte à la longueur de la nuit avec une vitesse de consommation de l’amidon variable, et avec des accélérations et décélérations pour économiser l’énergie jusqu’au lever du soleil, soit la plante évalue depuis le coucher du soleil la longueur de la nuit, c’est-à-dire qu’elle contrôle le rythme de consommation de l’amidon pour qu’il soit constant heure par heure durant toute la nuit.

Arabidopsis thaliana, image extraite de https://www.mpipz.mpg.de

Une connaissance parfaite du calcul mathématique.
Afin d’observer comment les plantes s’adaptent, les scientifiques utilisèrent des plantes contrôlées avec un rythme préétabli de 12 heures de jour / 12 heures de nuit dont ils changèrent brusquement la durée de la nuit, la réduisant à 8 heures, ou l’augmentant à 16 heures. Lors de chaque changement, la plante s’adapta et à nouveau consomma 95% de ses réserves… toujours ! En d’autres termes, les plantes « prévoient » la durée de la nuit et leur horloge interne « sait » que le cycle de l’aube à la fin de la nuit est de 24 heures.

Et alors que se passe-t-il si la nuit est plus longue ?
-       Si le soleil se couche brutalement au bout de 8 heures (au lieu des 12 heures habituelles), « l’horloge biologique » de la plante calcule 24 heures (temps total) moins 8 heures (journée), ce qui donne 16 heures de nuit.
-       Et la plante divise donc son taux de réserves par le nombre d’heures de nuit.
Conclusion : les plantes savent soustraire te diviser.
Ça parait fou, mais les scientifiques du John Innes Centre sont convaincus que les plantes contrôlent leur rythme de consommation de l’amidon durant la nuit en réalisant des calculs mathématiques très subtils, concrètement des divisions arithmétiques !!

Pouvons-nous parler de « mémoire » ou « d’intelligence » ?
D’autres expériences furent conduites, y compris l’insertion d’une courte période de soleil durant la nuit pour tromper les plantes et rétablir leur horloge interne à zéro. Peut-être pouvez-vous deviner les conclusions… Pour aller plus loin dans la subtilité du fonctionnement de ces êtres que nous croyions « inférieurs », en fait la plante (qui avait reconstitué une partie de ses réserves durant ce court laps de temps) n’est pas tombée dans le piège ! Quand revint la nuit, elle calcula combien de temps d’obscurité il lui restait pour boucler le cycle complet de nuit et à quel rythme, plus intense que celui qu’elle avait calculé initialement, elle devait consommer son stock partiellement reconstitué ! Elles auraient donc, en plus d’une calculatrice interne, une mémoire.

Si les scientifiques ne savent pas encore exactement comment les plantes évaluent la durée de la nuit, ils donnent pour acquis qu’il s’agit d’interactions chimiques entre deux molécules différentes : la première informerait sur le temps qu’il reste jusqu’au lever du jour et la seconde avise de la quantité restante du stock dans les cellules. Des modèles mathématiques ont déjà confirmé ce fonctionnement ingénieux dans lequel la plante fixe la vitesse à laquelle elle va consommer ses réserves en carbohydrates durant la période pendant laquelle elle n’aura pas accès à d’autres sources d’énergie.

Image extraite de l'article original de Elodie Brans

Cette découverte m’a fait regarder le monde végétal sous une autre perspective. Chaque nuit la plante met en marche un processus pour maximiser ses réserves d’hydrates de carbone, sans entrer dans le rouge (d’où la marge de sécurité de 5%), un processus sans aucun doute digne d’être comparé avec ceux des êtres « supérieurs ». Il est évident que ces mécanismes sont essentiels pour maintenir la croissance et la productivité de la plante. Et désormais beaucoup d’experts se demandent, si nous réussissons à comprendre comment les plantes arrivent à maintenir leur croissance durant la nuit, si nous pourrions utiliser cette découverte pour améliorer les récoltes de manière spectaculaire.
Une idée fascinante, non ? »

Le monde végétal est fascinant, et ne cesse de nous surprendre, en révélant des capacités totalement insoupçonnées jusqu’à présent.
Cette compréhension doit nous faire considérer les plantes d’une autre manière, mais offre aussi des perspectives d’avenir tout à fait innovantes concernant l’agriculture.

En effet, c’est une voie majeure pour optimiser la production agricole, couvrir les besoins de sécurité alimentaire de la planète, sans augmenter pour autant l’impact énergétique, hydrique et environnemental de l’agriculture.

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