L’intelligence des plantes
Sensibilité, communication, apprentissage, personnalité...
Quand la science bouscule nos préjugés
Nouvelles frontières : sommeil, conscience, personnalité et douleur des plantes
L’exploration scientifique du comportement et de l’intelligence végétale a déjà permis de découvrir nombre de mécanismes dont on ne soupçonnait pas l’existence. Mais cette éthologie et neurobiologie végétales n’en sont qu’à leurs débuts.
La nouvelle conception de la biologie que les précurseurs actuels soutiennent, permet de considérer de nouveaux domaines d’étude. Ainsi, le sommeil, la perception de la douleur, la conscience et même la personnalité des plantes font partie de ces terrae incognitae de leurs comportements. Qu’en savons-nous déjà ?
Haricot somnolent
Le sommeil est un domaine d’étude scientifique qui reste encore aujourd’hui empreint d’un grand mystère. De la puce à l’orangoutan, tous les animaux dorment et passent beaucoup de temps dans cet état d’inconscience temporaire. Un être humain occupe un tiers de sa vie à dormir. Une personne qui atteint l’âge de 80 ans a donc passé 27 ans endormie. Cette activité est aussi vitale que manger ou boire. En effet, une privation de sommeil peut tuer tout autant que la faim ou la soif. Pourtant, nous ne savons pas encore exactement à quoi il sert de dormir autant. Il est démontré que le sommeil joue un rôle dans la mémoire et les apprentissages. On suppose aussi qu’il permet de débarrasser le cerveau de certaines toxines. Et les plantes ? Elles aussi dorment. Leur sommeil a questionné les savants depuis des siècles. Carl von Linné (1707-1778), le célèbre botaniste suédois, a lui-même étudié ce phénomène dans son ouvrage Somnus plantarum, paru en 1755, dans lequel il détaille les changements de position qu’opèrent les feuilles et les branches durant la nuit [1]. C’est l’observation du lotier corniculé, Lotus corniculatus, qui lui a donné l’idée d’étudier ce sujet. Il avait reçu cette plante, cadeau du botaniste montpelliérain François Boissier de Sauvages de Lacroix (1706-1767).
Après une phase d’acclimatation au climat suédois, la plante méditerranéenne s’épanouit enfin un beau matin et Linné put admirer ses belles fleurs jaunes. Il revint les observer en fin de journée, mais elles avaient disparu ! Le savant en fut très surpris. Quand il pénétra dans la serre le matin suivant, elles étalaient de nouveau leurs pétales chatoyants. Il y avait là un mystère à éclaircir. Linné observa donc méticuleusement la plante et constata qu’à la tombée du jour, le lotier repliait ses feuilles autour des fleurs de manière si précise que celles-ci devenaient totalement invisibles. Les fleurs se cachaient pour la nuit dans une sorte de coffre-fort. Il est surprenant de constater que le lotier corniculé est aujourd’hui
Le lotier corniculé, Lotus corniculatus
reconnu pour ses vertus médicinales (insomnie par exemple). Linné a aussi imaginé une horloge florale, constituée de plantes qui ouvrent et ferment leurs fleurs à une heure particulière. En plantant ces espèces en forme d’horloge, il serait possible de connaître l’heure, simplement en observant l’ouverture ou la fermeture des corolles. L’idée est ingénieuse, mais le botaniste n’a jamais réalisé cette originale plantation. En revanche, de nombreux jardins botaniques s’y sont essayés au xixe siècle. L’utilisation de cette horloge florale n’était pas aisée, mais elle avait le mérite de présenter des parterres originaux.
Les observations de Linné étaient nouvelles et importantes, mais le savant n’a émis aucune hypothèse sur la fonction du sommeil végétal. Il l’a simplement constaté et supposait que la lumière jouait un rôle dans le déclenchement des mouvements des plantes lorsqu’elles se mettaient en sommeil. En effet, la perception de la quantité et de la nature de la lumière amorce de nombreux phénomènes biologiques chez les végétaux, tels que la germination ou la floraison. Il est très probable que la luminosité influence le sommeil des plantes, mais cela n’a pas encore été démontré scientifiquement.
D’une manière générale, une plante qui s’endort referme ses feuilles, comme on peut le voir aisément chez la sensitive (Mimosa pudica). Les pétioles s’abaissent, si bien que branches et feuilles semblent se plaquer contre la tige principale. La plante se ramasse sur elle-même, comme nous nous mettons en chien de fusil. Les fleurs aussi se referment quand la nuit vient. Les pétales se replient comme pour reformer un bouton. Sauf lorsque les fleurs profitent des insectes nocturnes pour leur pollinisation. On observe alors un phénomène inverse. Les fleurs s’ouvrent le soir pour se refermer au lever du jour. Les plantes prennent donc une position particulière pour dormir, chacune selon son espèce. On observe la même chose chez les animaux. Le flamant rose plonge son long cou sous son aile et replie une patte tandis que le chat se roule en boule. Les feuilles se replient le long de leurs nervures, s’enroulent sur elles-mêmes ou se plient en deux.
POSITIONS DIURNE ET NOCTURNE DES PLANTES SUGGÉRANT LE SOMMEIL
(D’après Charles Darwin, 1882).
Mimosa pudica
Jour - Nuit
Codariocalyx motorius
Jour - Nuit
Darwin a aussi examiné le sommeil des plantes et détaille de manière extrêmement précise et savante leurs différents mouvements nocturnes dans La faculté motrice des plantes [2]. Voici un passage où il discute les travaux de Linné et l’utilité du sommeil dans la protection des feuilles et des fleurs contre le froid : « Cette idée que le sommeil des feuilles les protège contre la radiation [déperdition de chaleur] serait, sans aucun doute, venue à l’esprit de Linné, si le principe de la radiation avait été connu alors. Il dit en effet, dans un passage de son « Somnus plantarum », que la position nocturne des feuilles protège les jeunes tiges et les bourgeons, et souvent les jeunes inflorescences contre le froid du vent. Nous sommes loin de mettre en doute que ce soit là un avantage de plus acquis par la plante, et nous avons observé, dans plusieurs végétaux, Desmodium gyrans, par exemple, que, tandis que le limbe de la feuille tombe verticalement la nuit, le pétiole s’élève, de telle sorte que le limbe, pour prendre sa position verticale, est obligé de parcourir un angle beaucoup plus considérable ; mais il en résulte que toutes les feuilles de la même plante se serrent les unes contre les autres, comme pour se protéger mutuellement. »
Les bouleaux piquent du nez
Que dit la science actuelle sur le sujet ? Les mouvements circadiens des plantes, c’est-à-dire sur une période de 24 heures, sont bien connus. Comme nous, les végétaux sont soumis au cycle du jour et de la nuit et s’y adaptent en conséquence. Si ces mouvements journaliers ont été observés en laboratoire sur de nombreuses espèces, il n’avait jamais été possible d’étudier un arbre entier. C’est chose faite depuis peu. Début 2016, des chercheurs finlandais, autrichiens et hongrois ont allié leurs compétences pour publier une étude sur le sommeil des bouleaux [3]. Loin des recherches de Linné et de Darwin qui observaient les mouvements des plantes le nez collé aux pétioles, ces biologistes ont utilisé des scanners laser afin d’étudier les arbres de la base jusqu’au sommet. L’étude a été menée dans des conditions météorologiques identiques pour tous les arbres, par temps calme, afin d’éviter tout effet du vent. Afin d’empêcher une possible influence du lieu de pousse sur leur comportement, des arbres de Finlande et d’Autriche ont été inclus dans l’étude. Ainsi, une représentation laser de l’arbre entier a été obtenue du coucher du soleil jusqu’au matin. Les chercheurs ont découvert que les arbres de plus de 5 mètres de haut abaissaient leurs branches de 10 centimètres pendant la nuit. Elles s’affaissent graduellement après le coucher du soleil et atteignent leur plus bas niveau quelques heures avant le lever du soleil, soit en pleine nuit. Quand le matin arrive, les branches se relèvent peu à peu et reprennent leur position de départ. Il s’agit de la première étude examinant au centimètre près les mouvements nocturnes des branches et du sommet des arbres. Si elle a confirmé l’existence de mouvements nocturnes à l’échelle d’un individu entier, elle ne nous en dit malheureusement pas plus sur la fonction du sommeil des plantes. Linné et Darwin supposaient qu’il protègerait les feuilles contre le froid en diminuant leur exposition. Cependant, les plantes « dorment » tout autant en climat tropical, quand la température nocturne n’est pas une menace pour leurs
VUES LATÉRALE ET FRONTALE D’UN BOULEAU
(Image de Eetu Puttonen, Finnish Geospatial Research Institute).
feuilles. On suppose que le relâchement des branches est dû à une baisse de pression dans les cellules, due à la photosynthèse dans la journée. La nuit, en l’absence de photosynthèse, la pression chute et les branches baissent les bras, littéralement. S’agit-il donc d’un véritable cycle de sommeil actif ou de simples changements de position dus à des différences de disponibilité d’eau et de lumière ? On ne le sait pas encore.
Légumineuses insomniaques
Afin de tester l’importance du sommeil chez les plantes, des chercheurs japonais ont cherché à rendre des légumineuses insomniaques. Qu’arriverait-il à une plante qui ne pourrait plus se reposer ?
Minoru Ueda et Yoko Nakamura, de l’université de Tohoku, ont synthétisé un produit chimique empêchant les feuilles de se fermer, induisant chez elles une insomnie [5]. Les feuilles soumises à ce traitement se sont progressivement flétries. Au bout de deux semaines, elles étaient mortes. Les chercheurs en ont déduit que les mouvements nocturnes et la position de sommeil que les plantes prennent sont essentiels à leur bonne santé et à leur survie. Comme chez les animaux, êtres humains compris. À la lumière de ces informations, peut-être pouvons-nous risquer une supposition. Si, chez l’animal, le sommeil est en lien avec les plus hautes fonctions du cerveau telles que la mémoire et l’apprentissage, peut-être en est-il de même chez les plantes… À ce jour, nous n’en sommes qu’au stade des hypothèses.
Conscience végétale
Au sujet de la conscience, Anthony Trewavas, biologiste à l’université d’Édimbourg et auteur d’un livre scientifique monumental sur le comportement et l’intelligence des plantes (Plant behaviour and intelligence, non traduit en français) remarque : « On ne peut établir objectivement ce qu’est véritablement la conscience parce qu’elle est personnelle à chaque individu. En revanche, on peut observer un comportement et se demander s’il est compatible avec la conscience. » [5]. Il n’existe donc pas d’expérience et d’études scientifiques permettant de déceler cette capacité une fois pour toutes. Mais cela
n’empêche pas les scientifiques de disserter abondamment sur le sujet. Nous proposons ici d’approcher leurs réflexions. Dans leur livre What is life ? (non traduit en français), la microbiologiste Lynn Margulis et l’écrivain Dorion Sagan écrivent : « les animaux ne sont pas seuls conscients, mais tout être organique, toute cellule, est consciente. Dans son acception la plus simple, la conscience est la capacité d’avoir une notion du monde extérieur. » [6] .
Après la lecture du présent livre, on ne pourra pas nier que les plantes sont capables de « se faire une idée » de leur environnement. Mais peut-être pouvons-nous aborder cet épineux sujet par une expérience simple. Si la plante est consciente, alors elle pourra être rendue inconsciente. En effet, un être humain sous anesthésie est bel et bien une créature consciente que l’on a artificiellement plongée dans l’inconscience. Chez l’animal, le principe de l’anesthésie est d’empêcher les cellules nerveuses de transmettre des signaux, ce qui empêche les perceptions sensorielles. Les substances anesthésiantes agissent également sur les cellules et, en cas de dose élevée, peuvent stopper le fonctionnement de ces dernières et entraîner la mort de l’animal. Les plantes n’ont pas de nerfs. Peuvent-elles tout de même être anesthésiées ? À la fin du xixe siècle, le célèbre physiologiste et médecin Claude Bernard (1813-1878) a posé l’hypothèse que, puisque les cellules elles-mêmes étaient affectées par les anesthésiants, il n’était pas nécessaire de posséder un système nerveux pour être placé dans un état d’inconscience. Claude Bernard est surtout connu pour avoir posé les bases de la médecine expérimentale. Il a été le premier à utiliser des substances chimiques afin d’altérer le fonctionnement normal des fonctions biologiques en vue d’étudier certaines d’entre elles et de tester des hypothèses. Le scientifique est cependant moins connu pour ses travaux sur les plantes et son idée selon laquelle les fonctions physiologiques de tout organisme vivant fonctionnent selon les mêmes principes sous-jacents. En 1878, juste avant sa mort, il formait l’hypothèse que les plantes étaient donc capables, au même titre que les
animaux, de percevoir les changements qui ont lieu dans leur environnement [9, 10]. Afin de tester son hypothèse, il a procédé à l’anesthésie de plantes. Les principaux anesthésiants utilisés à l’époque étaient des substances volatiles telles que le chloroforme et l’éther.
Dans un article de 2014, Alexandre Grémiaux, de l’université d’Angers, qui travaille avec Stefano Mancuso et František Baluška, résume les résultats obtenus par Claude Bernard [8]. Le savant a étudié l’effet des anesthésiants sur plusieurs aspects de la physiologie végétale : les mouvements, la germination, la photosynthèse et la respiration.
La sensitive, Mimosa pudica, a été mise à contribution afin d’observer l’effet de l’éther sur ses capacités à mouvoir ses feuilles en réaction à une stimulation tactile. Bernard a placé des plantes sous une cloche de verre avec une éponge imbibée d’éther, en condition de lumière diffuse. Le médecin a observé que la lumière directe augmentait l’effet de l’anesthésiant et pouvait même provoquer la mort de la plante. Sous l’effet de l’éther, les sensitives perdaient leur capacité à refermer leurs feuilles lorsqu’on les touchait. Mais l’influence du produit n’était que temporaire. Une fois l’action de l’éther dissipée, les plantes recouvraient leur capacité de mouvement habituelle [9, 10] .
De plus, Grémiaux signale qu’un étudiant de Bernard, Paul Bert, a fait une observation importante : sous anesthésie, la sensitive perdait sa capacité à bouger en réaction à une stimulation extérieure, mais les mouvements circadiens étaient conservés. Ces mouvements concernent la position des feuilles, qui change au cours de la journée. Ainsi, la plante ne perdait que sa capacité à percevoir, mais pas celle de se mouvoir.
Bernard a aussi étudié l’effet des vapeurs d’éther sur la germination du cresson alénois, Lepidium sativum. Cette plante était connue pour sa capacité à germer très rapidement, qui en faisait une candidate idéale pour ce type d’expérience. L’éther avait la faculté d’interrompre temporairement la ger mination de graines de cresson. Cette dernière reprenait un jour après que l’éther avait été retiré du tube où la graine était maintenue. Le médecin a répété les mêmes
expériences et obtenu des résultats identiques avec des graines de navet, de chou, de seigle et de lin.
Bernard est ensuite passé à l’effet de l’anesthésie sur la photosynthèse de plantes aquatiques de la famille des potamots, Potamogeton, et d’algues vertes, Spirogyra. Les plantes étaient placées dans des boîtes fermées contenant de l’eau et du dioxyde de carbone (CO2) dissous, et qui recevaient de la lumière directe (seule la présence de lumière permet la photosynthèse). Une éponge imbibée d’éther était plongée dans certaines boîtes tandis qu’une éponge gorgée d’eau distillée était disposée dans d’autres. Lors de la photosynthèse, les plantes absorbent du CO2 et relâchent de l’oxygène (O2). En revanche, lors de la respiration, elles absorbent de l’O2 et relâchent du CO2. Afin de tester l’effet de l’éther sur ces processus,
Le cresson alénois, Lepidium sativum
Intelligence, conscience, communication, personnalité...
Un voyage au cœur de la nouvelle botanique qui bouscule nos idées reçues
Comme nous, les plantes font partie de la grande famille du vivant : elles font face aux mêmes contraintes et aux mêmes défis pour vivre, survivre et se reproduire. Elles échangent des informations, interagissent avec les animaux, apprennent de leurs expériences et développent des stratégies d’une étonnante complexité. Sensibilité, communication, intelligence, personnalité… la botanique continue d’explorer ces questions et d’accumuler les preuves qui bousculent nos préjugés. En s’appuyant sur les avancées les plus marquantes d’une science en pleine effervescence, Fleur Daugey, éthologue, redessine les frontières entre animal et végétal, transforme durablement notre regard sur les plantes, et nous pousse à repenser notre représentation du monde, et de nous-même.
