Pourquoi les plantes ont-elles besoin d'influx nerveux

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-16 16:04

Chênes centenaires, herbe luxuriante, légumes frais - en quelque sorte, nous ne sommes pas habitués à considérer les plantes comme des créatures vivantes, et en vain. Les expériences montrent que les plantes ont une sorte d'analogue complexe du système nerveux et, tout comme les animaux, sont capables de prendre des décisions, de stocker des souvenirs, de communiquer et même de se faire des cadeaux.

Le professeur de l'Université d'Oakwood, Alexander Volkov, a aidé à comprendre plus en détail l'électrophysiologie des plantes.

JOURNALISTE: Je n'aurais jamais pensé que quelqu'un faisait de l'électrophysiologie végétale jusqu'à ce que je tombe sur vos articles

Alexandre Volkov:Tu n'es pas seul. Le grand public est habitué à voir les plantes comme des éléments de nourriture ou de paysage sans même se rendre compte qu'elles sont vivantes. Une fois, je faisais un reportage à Helsinki sur l'électrophysiologie des plantes, et mes collègues ont été très surpris: « J'avais l'habitude de traiter d'un sujet sérieux - les liquides non miscibles, mais maintenant j'avais affaire à une sorte de fruits et légumes ». Mais cela n'a pas toujours été le cas: les premiers livres sur l'électrophysiologie des plantes ont été publiés au XVIIIe siècle, puis l'étude des animaux et des plantes s'est déroulée de manière presque parallèle. Par exemple, Darwin était convaincu que la racine est une sorte de cerveau, un ordinateur chimique qui traite les signaux de la plante entière (voir, par exemple, "Mouvement dans les plantes"). Et puis la Première Guerre mondiale est arrivée et toutes les ressources ont été consacrées à l'étude de l'électrophysiologie des animaux, car les gens avaient besoin de nouveaux médicaments.

W: Cela semble logique: les souris de laboratoire sont encore beaucoup plus proches des humains que les violettes

UN V:En réalité, les différences entre les plantes et les animaux ne sont pas du tout si énormes, et en électrophysiologie elles sont généralement minimes. Les plantes ont un analogue presque complet d'un tissu conducteur neurone - phloème. Il a la même composition, la même taille et la même fonction que les neurones. La seule différence est que chez les animaux, les canaux ioniques sodium et potassium sont utilisés dans les neurones pour transmettre des potentiels d'action, tandis que dans le phloème végétal, les canaux ioniques chlorure et potassium sont utilisés. C'est toute la différence en neurophysiologie. Les Allemands ont récemment trouvé des synapses chimiques dans les plantes, nous sommes électriques, et en général, les plantes ont les mêmes neurotransmetteurs que les animaux. Il me semble que c'est même logique: si je créais le monde, et que je suis un paresseux, je ferais tout pareil pour que tout soit compatible.

Pourquoi les plantes ont-elles besoin d'influx nerveux ?

Nous n'y pensons pas, mais les plantes dans leur vie traitent encore plus de types de signaux de l'environnement extérieur que les humains ou tout autre animal. Ils réagissent à la lumière, à la chaleur, à la gravité, à la composition en sel du sol, au champ magnétique, à divers agents pathogènes et modifient de manière flexible leur comportement sous l'influence des informations reçues. Par exemple, dans le laboratoire de Stefano Mancuso de l'Université de Florence, des expériences ont été menées avec deux pousses de haricot grimpantes. Les scientifiques ont établi un support commun entre les plantes et les pousses ont commencé à y courir. Mais dès que la première plante grimpa sur le support, la seconde sembla aussitôt se reconnaître comme vaincue et cessa de pousser dans cette direction. Il a compris que la lutte pour les ressources n'a pas de sens et qu'il vaut mieux chercher le bonheur ailleurs.

W: Les plantes ne bougent pas, poussent lentement et vivent généralement sans hâte. Il semble que leurs impulsions nerveuses devraient également se propager beaucoup plus lentement

Alexandre Volkov: C'est une illusion qui existe depuis longtemps dans la science. Dans les années 70 du XIXe siècle, les Britanniques ont mesuré que le potentiel d'action du piège à mouches Vénus se propageait à une vitesse de 20 centimètres par seconde, mais c'était une erreur. Ils étaient biologistes et ne connaissaient pas du tout la technique des mesures électriques: dans leurs expériences, les Britanniques utilisaient des voltmètres lents, qui enregistraient les impulsions nerveuses encore plus lentement qu'elles ne se propageaient, ce qui est totalement inacceptable. Or on sait que l'influx nerveux peut traverser les plantes à des vitesses très différentes, selon le lieu d'excitation du signal et sa nature. La vitesse maximale de propagation des potentiels d'action chez les plantes est comparable aux mêmes indicateurs chez les animaux, et le temps de relaxation après le passage du potentiel d'action peut varier de quelques millisecondes à plusieurs secondes.

W: Pourquoi les plantes utilisent-elles ces impulsions nerveuses ?

UN V: Un exemple classique est le piège à mouches de Vénus, que j'ai déjà mentionné. Ces plantes vivent dans des zones au sol très humide, difficilement pénétrable par l'air, et, par conséquent, il y a peu d'azote dans ce sol. Les moucherolles manquent de cette substance essentielle en mangeant des insectes et de petites grenouilles, qu'ils attrapent avec un piège électrique - deux pétales, chacun ayant trois capteurs piézomécaniques intégrés. Lorsqu'un insecte s'assoit sur l'un des pétales et touche ces récepteurs avec sa patte, un potentiel d'action est généré en eux. Si un insecte touche le mécanocapteur deux fois en 30 secondes, le piège se referme en une fraction de seconde. Nous avons vérifié le fonctionnement de ce système - nous avons appliqué un signal électrique artificiel au piège de l'attrape-mouche de Vénus, et tout fonctionnait de la même manière - le piège était fermé. Ensuite, nous avons répété ces expériences avec le mimosa et d'autres plantes et nous avons ainsi montré qu'il est possible de forcer les plantes à s'ouvrir, se fermer, se déplacer, se pencher - en général, faites ce que vous voulez, en utilisant des signaux électriques. Dans ce cas, des excitations externes de nature différente génèrent des potentiels d'action chez les plantes, qui peuvent différer en amplitude, vitesse et durée.

W: À quoi d'autre les plantes peuvent-elles réagir ?

UN V: Si vous coupez l'herbe dans votre maison de campagne, les potentiels d'action iront immédiatement aux racines des plantes. L'expression de certains gènes va démarrer sur eux, et la synthèse de peroxyde d'hydrogène est activée sur les coupures, ce qui protège les plantes de l'infection. De la même manière, si vous changez la direction de la lumière, la plante ne réagira d'aucune façon pendant les 100 premières secondes, afin de couper l'option d'ombre d'un oiseau ou d'un animal, puis des signaux électriques iront à nouveau, selon lesquels la plante tournera en quelques secondes de manière à maximiser la capture du flux lumineux. Tout de même se produira, et lorsque vous commencerez à faire couler de l'eau bouillante, et lorsque vous allumerez un briquet allumé, et lorsque vous mettez la plante dans de la glace - les plantes réagissent à tous les stimuli à l'aide de signaux électriques qui contrôlent leurs réponses aux changements environnementaux. conditions.

Mémoire végétale

Les plantes savent non seulement réagir à l'environnement extérieur et, apparemment, calculer leurs actions, mais aussi nouer certaines relations sociales entre elles. Par exemple, les observations du forestier allemand Peter Volleben montrent que les arbres ont une sorte d'amitié: les arbres partenaires sont entrelacés avec des racines et surveillent attentivement que leurs couronnes n'interfèrent pas avec la croissance de l'autre, tandis que les arbres aléatoires n'ont pas de sentiments particuliers pour à leurs voisins, ils essaient toujours de s'emparer de plus d'espace de vie. Dans le même temps, l'amitié peut également naître entre des arbres de types différents. Ainsi, dans les expériences du même Mancuso, les scientifiques ont observé comment, peu de temps avant la mort de Douglas, il semble qu'il laisse un héritage: un pin jaune non loin de lui a envoyé une grande quantité de matière organique par le système racinaire.

W: Les plantes ont-elles de la mémoire ?

Alexandre Volkov: Les plantes ont toutes les mêmes types de mémoire que les animaux. Par exemple, nous avons montré que le piège à mouches de Vénus possède de la mémoire: pour que le piège fonctionne, il faut lui envoyer 10 microcouples d'électricité, mais il s'avère que cela n'a pas à être fait en une seule session. Vous pouvez d'abord servir deux microcoulombs, puis cinq autres, et ainsi de suite. Lorsque le total est de 10, il semblera à la plante qu'un insecte s'y est introduit et elle se fermera. La seule chose est que vous ne pouvez pas faire de pauses de plus de 40 secondes entre les sessions, sinon le compteur sera remis à zéro - vous obtenez une mémoire à court terme. Et la mémoire à long terme des plantes est encore plus facile à voir: par exemple, une gelée printanière nous a frappés le 30 avril, et littéralement du jour au lendemain, toutes les fleurs ont gelé sur le figuier, et l'année suivante, elle n'a fleuri que le 1er mai. parce qu'il se souvenait de ce que c'était. De nombreuses observations similaires ont été faites par les physiologistes des plantes au cours des 50 dernières années.

W: Où est stockée la mémoire de l'usine ?

UN V: Une fois, j'ai rencontré lors d'une conférence aux îles Canaries Leon Chua, qui à un moment donné a prédit l'existence de memristors - des résistances avec la mémoire du courant passé. Nous sommes entrés dans une conversation: Chua ne savait presque rien des canaux ioniques et de l'électrophysiologie des plantes, I - des memristors. Du coup, il m'a demandé d'essayer de chercher des memristors in vivo, car selon ses calculs, ils devraient être associés à la mémoire, mais jusqu'à présent personne ne les a trouvés chez les êtres vivants. Nous avons tout fait: nous avons montré que les canaux potassiques voltage-dépendants de l'aloe vera, du mimosa et du même piège à mouches de Vénus sont des memristors par nature, et dans les travaux suivants, des propriétés memristives ont été trouvées dans les pommes, les pommes de terre, les graines de citrouille et différents fleurs. Il est fort possible que la mémoire des plantes soit précisément liée à ces memristors, mais on n'en est pas encore sûr.

W: Les plantes savent prendre des décisions, ont une mémoire. La prochaine étape est les interactions sociales. Les plantes peuvent-elles communiquer entre elles ?

UN V: Vous savez, dans Avatar, il y a un épisode où les arbres communiquent entre eux sous terre. Ce n'est pas un fantasme, comme on pourrait le penser, mais un fait établi. Quand je vivais en URSS, nous allions souvent cueillir des champignons et tout le monde savait que le champignon devait être soigneusement coupé au couteau pour ne pas endommager le mycélium. Maintenant, il s'avère que le mycélium est un câble électrique à travers lequel les arbres peuvent communiquer à la fois entre eux et avec les champignons. De plus, il existe de nombreuses preuves que les arbres échangent non seulement des signaux électriques le long du mycélium, mais également des composés chimiques ou même des virus et des bactéries dangereux.

W: Que pouvez-vous dire du mythe selon lequel les plantes comprennent le langage humain, et donc vous devez leur parler gentiment et calmement pour qu'elles poussent mieux ?

UN V: Ce n'est qu'un mythe, rien d'autre.

W: Peut-on appliquer les termes « douleur », « pensées », « conscience » aux plantes ?

UN V: Je ne sais rien à ce sujet. Ce sont déjà des questions de philosophie. L'été dernier à Saint-Pétersbourg s'est tenu un symposium sur les signaux dans les plantes, et plusieurs philosophes de différents pays sont venus en même temps, donc ce sujet commence maintenant à être traité. Mais j'ai l'habitude de parler de ce que je peux tester ou calculer expérimentalement.

Les plantes comme capteurs

Les plantes sont capables de coordonner leurs actions à l'aide de réseaux ramifiés. Ainsi, l'acacia qui pousse dans la savane africaine libère non seulement une substance toxique dans ses feuilles lorsque les girafes commencent à le manger, mais émet également un "gaz d'alarme" volatil qui envoie un signal de détresse aux plantes environnantes. En conséquence, à la recherche de nourriture, les girafes doivent se déplacer non pas vers les arbres les plus proches, mais s'en éloigner en moyenne à 350 mètres. Aujourd'hui, les scientifiques rêvent d'utiliser de tels réseaux de capteurs vivants, débogués par la nature, pour la surveillance de l'environnement et d'autres tâches.

W: Avez-vous essayé de mettre en pratique vos recherches en électrophysiologie végétale ?

Alexandre Volkov: J'ai des brevets pour prédire et enregistrer les tremblements de terre à l'aide de plantes. A la veille des tremblements de terre (dans différentes parties du monde, l'intervalle de temps varie de deux à sept jours), le mouvement de la croûte terrestre provoque des champs électromagnétiques caractéristiques. À un moment donné, les Japonais ont proposé de les réparer à l'aide d'antennes géantes - des morceaux de fer de deux kilomètres de haut, mais personne ne pouvait construire de telles antennes, et ce n'est pas nécessaire. Les plantes sont si sensibles aux champs électromagnétiques qu'elles peuvent mieux prévoir les tremblements de terre que n'importe quelle antenne. Par exemple, nous avons utilisé l'aloe vera à ces fins - nous avons connecté des électrodes de chlorure d'argent à ses feuilles, enregistré l'activité électrique et traité les données.

W: Ça a l'air absolument fantastique. Pourquoi ce système n'est-il toujours pas mis en œuvre dans la pratique ?

UN V: Il y avait un problème inattendu ici. Regardez: disons que vous êtes le maire de San Francisco et découvrez qu'il y aura un tremblement de terre dans deux jours. Qu'est ce que tu vas faire? Si vous en parlez aux gens, en raison de la panique et de l'écrasement, encore plus de personnes peuvent mourir ou être blessées que lors d'un tremblement de terre. En raison de telles restrictions, je ne peux même pas discuter publiquement des résultats de notre travail dans la presse ouverte. Dans tous les cas, je pense que tôt ou tard, nous aurons une variété de systèmes de surveillance fonctionnant sur des usines de capteurs. Par exemple, dans un de nos travaux, nous avons montré qu'en utilisant l'analyse de signaux électrophysiologiques, il est possible de créer un système de diagnostic instantané de diverses maladies des plantes agricoles.

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