Le moindre contact d’un humain, d’un insecte ou d’un autre végétal déclenche des réponses importantes dans une plante.

Des études récentes ont montré que toucher les plantes les change de multiples façons. Le moindre contact d’un humain qui tapote une feuille, d’un insecte qui commence à la grignoter ou même d’un autre végétal qui la touche déclenche des réponses physiologiques et génétiques dans l’organisme concerné. Idem lorsque des gouttelettes d’eau tombent sur les plantes.

Dans la demi-heure qui suit le contact, on estime que 10 % du génome (l’ensemble du matériel génétique) est modifié, ce qui est beaucoup 1 !

« Les scientifiques pensent que les plantes réagissent de cette façon pour lutter contre les insectes herbivores, ou bien pour s’adapter aux changements des conditions météorologiques ou au surpeuplement. »

Ces comportements sont probablement essentiels pour la survie des plantes dans leur environnement naturel.

Elles ne peuvent en effet s’enfuir lorsqu’un danger les menace. Elles ont donc dû développer des systèmes complexes de surveillance de leur environnement, couplés à des réponses appropriées.

Voici les résultats de quelques recherches récentes consacrées à ces systèmes de surveillance.

La plante sent la présence de cette larve d’hyménoptère (Dolerus sp.) sur sa tige

Les plantes peuvent « entendre » lorsqu’elles sont mastiquées par des insectes, et libèrent alors des produits chimiques pour les arrêter.

On a constaté qu’une plante détecte le bruit généré par un insecte herbivore lorsqu’il commence à mastiquer une feuille.

Des défenses chimiques sont alors mises en place  : la concentration de certains composés chimiques s’élève rapidement. Ces composés (à base de glucosinolates et d’anthocyanes) sont toxiques pour beaucoup de bactéries, de champignons, de nématodes et d’insectes.

Notez que les vibrations se transmettent à toutes les parties de l’organisme à des vitesses très élevées : de 10 à 100 mètres par seconde 5 !

https://vimeo.com/99635253

Les plantes font la distinction entre les vibrations causées par la mastication d’une chenille et celles causées par le vent ou le chant d’un insecte

Pour qu’un système de détection acoustique des herbivores puisse réellement fonctionner, il faut encore que les plantes soient capables de distinguer les vibrations émanant des herbivores des nombreux autres bruits qui se produisent dans la nature.

C’est bien le cas 3 !

« La manière dont elles font cette distinction demeure incertaine.
Il est probable qu’elles se basent sur une combinaison de plusieurs caractéristiques des signaux acoustiques, comme le font d’ailleurs les animaux (y compris l’espèce humaine). »

Une étude a montré que l’Arabette de Thalius (Arabidopsis thaliana), une plante poussant fréquemment sur les trottoirs, fait la distinction entre les vibrations causées par la mastication des insectes et celles causées par le vent ou le chant

Le graphique suivant représente l’amplitude du bruit (son intensité) en fonction des fréquences émises. Les basses fréquences correspondent à des sons graves, tandis que les fréquences élevées se traduisent par des sons aigus.

On remarque que les vibrations provoquées par la mastication (en rouge) et celles induites par le vent (en bleu) se différencient nettement. La mastication crée à la fois des fréquences basses et des fréquences élevées, alors que les vibrations du vent sont surtout dominées par des fréquences basses 6.

Pour bien comprendre ce graphique, il faut se rappeler que l’intensité du son, qui est exprimée en décibels sur l’axe des ordonnées (l’axe vertical), suit une échelle logarithmique.

Cela signifie qu’augmenter l’intensité de 10 dB revient à la décupler. Et augmenter de 20 dB revient à centupler l’intensité ! Ou diminuer de 20 dB signifie diviser l’intensité par 100.

Amplitude des vibrations selon la fréquence
Adapté d’après Appel, Heidi & Cocroft, Reginald
« Plants respond to leaf vibrations caused by insect herbivore chewing »
Oecologia · juillet 2014

Par contre les fréquences occasionnées par le chant d’un insecte (des cicadelles dans cette expérience) ressemblent beaucoup à celles de la mastication. Une autre différence doit donc entrer en ligne de compte.

Cicadella viridis
© Jean-Jacques Milan via Wikimedia Commons

Cette différence pourrait résulter des variations temporelles de l’intensité du bruit.  Regardez le graphique ci-dessous, qui montre les changements d’amplitude en fonction du temps. Les deux profils sont bien dissemblables. Le chant présente une amplitude constante, alors que la mastication consiste en de courts sursauts.

C’est logique : lorsque les mandibules de l’insecte se referment sur la feuille, elles déclenchent une bouffée de vibrations, suivie d’une pause lorsque la chenille déplace sa tête avant d’enlever un nouveau morceau de tissu foliaire.

Adapté d’après Appel, Heidi & Cocroft, Reginald « Plants respond to leaf vibrations caused by insect herbivore chewing » – Oecologia · juillet 2014

« Les plantes n’ont pas d’oreilles comparables à celles des animaux. Elles possèdent plutôt des détecteurs de vibrations qui sont répartis dans toutes les cellules de l’organisme. »

Des récepteurs sensibles aux déformations mécaniques existent dans toutes les cellules végétales

Les recherches des dernières années ont montré que les plantes détectent et réagissent aux sons. Mais comprendre comment elles détectent ces sons est une autre paire de manches !

Examinons tout d’abord ce qu’est un son.
Un son n’est rien d’autre qu’une vibration mécanique qui se déplace dans un fluide, en général de l’air. Lorsqu’elle rencontre un obstacle, par exemple une feuille, cette vibration va exercer une pression sur cet obstacle et le déformer.

Les scientifiques pensent que des mécanorécepteurs, c’est-à-dire des récepteurs sensibles aux déformations mécaniques, existent dans les cellules végétales, notamment dans la membrane qui entoure celle-ci (appelée la membrane plasmique) ainsi que dans la membrane délimitant la vacuole, un compartiment de la cellule contenant de l’eau et d’autres molécules (voir schéma ci-dessous) 7.

Cellule végétale

Regardez le dessin ci-dessous. Sans plonger dans trop de détails, disons que ces mécanorécepteurs sont des protéines qui, lorsque leur forme est altérée par une contrainte mécanique,  comme une vibration acoustique par exemple, vont s’ouvrir comme une porte et libérer presque instantanément  des signaux électriques ou biochimiques (des flux d’ions) qui déclencheront des réponses cellulaires spécifiques 8.

Soumise à une contrainte mécanique, la protéine se déforme
pour laisser passer des signaux électriques ou bio-chimiques (ions)
© Wikimedia commons

Notez que ces récepteurs ne sont pas propres aux plantes. Ils sont en effet présents dans les membranes de tous les organismes vivants : chez les procaryotes (bactéries et archées) et chez les eucaryotes (végétaux, champignons, animaux, …).
Ils participent entre autres aux sens de l’ouïe, du toucher et de l’équilibre.

Les mêmes types de récepteurs et les mêmes mécanismes seraient mis en oeuvre lorsqu’une plante « entend » un son , ou lorsqu’elle est courbée par le vent, ou touchée par un animal ou un autre végétal.

Nous avons parlé ci-dessus de la détection de certains sons par les plantes, provoqués par le vent, la mastication ou le chant d’un insecte. Les mêmes types de récepteurs et les mêmes mécanismes seraient mis en oeuvre lorsqu’une plante est courbée par le vent, ou est effleurée par un animal ou un autre végétal. Il y a effectivement dans tous les cas une altération mécanique de la forme de la plante, ou du moins d’une partie de celle-ci.

Voici l’occasion de découvrir le premier beau (hum !) mot de l’année 2019 : les biologistes ont appelé thigmomorphogenèse les processus de détection des déformations mécaniques en usage chez les végétaux, et les réponses qui en découlent 9.

Prenons notre scalpel et disséquons ce mot pour comprendre de quoi il en retourne. Il comprend 3 éléments qui proviennent bien entendu du grec ancien.  Thigmo, « toucher », morphé, « forme » et genesis, « genèse ».

Thigmomorphogenèse signifie donc : genèse de la forme (des plantes) par le toucher.

Nous en avons  déjà vu un exemple dans un billet précédent, consacré à la lutte pour la lumière : c’est lorsque ses feuilles sont touchées par d’autres qu’une plante est d’abord avertie de la présence de voisins concurrents dans son environnement. Cela lui permet d’adopter une stratégie de croissance déterminée  :  l’allongement vertical, la tolérance à l’ombre ou l’évitement latéral.

C’est par le toucher d’autres feuilles qu’une plante est avertie de la présence de concurrents

L’adaptation à la poussée du vent est un autre cas bien connu de l’influence des déformations mécaniques sur les plantes.  On appelle cette adaptation l’anémomorphisme (et voilà donc notre deuxième beau mot de l’année !).

Contre le vent fort, quelles sont les réponses possibles pour la plante ?
La plante peut adopter une croissance asymétrique. Elle peut également ralentir sa croissance en hauteur, ou bien augmenter le diamètre de la tige ou du tronc, ainsi que de la taille des racines 10.

Les arbres doivent s’adapter à la poussée du vent

Les réponses des plantes au toucher consomment une grande dépense d’énergie, qui se fait au détriment de leur développement.

Les réponses des plantes au toucher exigent en tous cas une grande dépense d’énergie, qui n’est dès lors plus disponible pour leur développement. Un contact répété peut diminuer la taille de l’individu de 30% 2 !

Mais la répétition de perturbations mécaniques affecte d’autres processus que la croissance proprement dite : la floraison et la fructification en seront retardées, la production de chlorophylle sera moindre etc. 11

Le simple fait de redresser cette Véronique a modifié considérablement ses gènes
et lui a fait consommer beaucoup d’énergie

Les plantes se rendent compte quand un signal n’est qu’une fausse alarme.

On a constaté que lorsque les plantes sont soumises à des stimuli répétés à brefs intervalles, l’intensité de leurs réponses diminue progressivement. Et les chercheurs sont parvenus à montrer qu’il ne s’agit pas d’une sorte de fatigue de la plante. Ils ont trouvé que deux protéines, qui répondent aux jolis noms de AtWRKY15 et AtWRKY40, entrent alors en action afin de désactiver les réactions de défense.
Cela permet aux plantes de traiter le signal comme une fausse alerte et de continuer à vivre normalement 12 .

« Ouf ! » se dit l’Odontite rouge.
« Fausse alerte : ce n’est qu’un dadais de botaniste qui veut me prendre en photo »

Des biologistes veulent développer des espèces moins sensibles au toucher

Mais cela ne semble pas suffire à certains biologistes qui voudraient maintenant développer des espèces moins sensibles au toucher, dans le but bien sûr d’améliorer le rendement des plantes cultivées pour l’alimentation humaine ou animale.

Attention : il y aurait peut-être (sans doute ?) un revers à la médaille. Les plantes rendues plus résistantes au toucher pourraient devenir plus sensibles aux maladies parce qu’un mécanisme de défense crucial aurait été supprimé 4.
Après tout, si des dizaines de millions d’années d’évolution ont mené à ces systèmes de détection et de réponses, Homo sapiens devrait y réfléchir à deux fois avant de les modifier…

Diminuer la résistance au toucher : une voie dangereuse ?
Chenille de papillon (Shargacucullia) sur une feuille de bouillon blanc

En conclusion : arrêtons donc de toucher les plantes et chantons plutôt !

Bon, nous avons donc vu que toucher les plantes n’est pas sans conséquence pour elles. Elles semblent en outre capables d’entendre des sons.

La bonne nouvelle est que chanter, ou jouer de la musique en leur présence, ou même leur parler, semblent assez sûr. En effet, et pour le moment du moins, rien ne prouve que les vibrations causées par ces activités aient un quelconque effet sur elles…

Toutefois ne prenez pas de risques et évitez d’écouter du heavy metal trop près de votre ficus préféré. On ne sait jamais…

Écoutez de préférence la valse des fleurs en attendant le prochain billet !

Sources :