Y'a t-il un lien entre les neurones et les cellules végétales ? Des similarités ? Pourquoi ce titre ? Ce sont les questions auxquelles nous répondons dans cet épisode

Comment appelle t'on les travaux de recherche en biologie sur les plantes ? Y’a -t-il un lien avec les neurosciences ? Est ce que les travaux des Neurosciences comme on les connait sont applicables aux plantes ? Quel est le concept de neurobiologie végétale ?

De nombreuses recherches sont faites sur les plantes et les découvertes qui en résultent sont surprenantes et très peu diffusées, on a voulu faire cette émission pour montrer que oui, il y a finalement un rapport entre plantes et neurosciences. Et vous allez être surpris.

Qu’est-ce que la neuroscience appliquée aux plantes, la neurobiologie végétale ? Il s’agit de l’étude des réponses électriques des plantes du point de vue des structures portant ce signal jusqu’à la caractérisation des signaux observés (moléculaires, cellulaires et systémiques , c'est-à-dire l’organisme entier).

Parlons déjà de l'étymologie de certains termes :

Pour le terme neurone : Dès l’antiquité, pour Platon, le “neurone” est utilisé pour désigner une “fibre “ et donc plutôt “végétale” (Papier Brenner et al. 2006). Elle symbolise ici la vigueur que peuvent apporter les cellules d’une tige dans le maintien de la structure d’une plante. À Athene, un cordonnier était un “Neurorrhaphos” ou un qui coud avec des fibres végétales. Neurone signifie tout ce qui est de nature fibreuse dans le lexique grec-anglais classique par Liddell et Scott. La définition est ensuite passée au sens animal pour décrire les nerfs et tendons jusqu’à ce qu’un médecin découvre dans les années 1880 la véritable fibre nerveuse telle que définie aujourd’hui et appelée neurone.

Concernant le terme cellule : Son étymologie du latin, “cella” fait référence tout d’abord à une petite chambre, une chambre de moine, une cellule de prison, une pièce où l'on enferme séparément les prisonniers. L’inventeur du terme « cellule » dans le terme où on l’entend (biologie) est Robert Hooke. Le mot cellule en biologie à d’abord été utilisé chez les végétaux, car dans son observation, Robert Hooke à assimilé le truc rond dans le truc carré comme un moine dans sa cellule.

Quelles sont les premières découvertes qui ont mis en lumière une signalisation électrique chez les plantes ? Pour continuer de parler de choses inconnues, il faut savoir que les plantes génèrent des signaux électriques. Même si ce n'est que très peu connu, c’est tout de même en 1873 que Burdon-Sanderson a montré que les plantes, bien qu’elles n’aient pas de neurones, génèrent des signaux électriques. Bose (1906) a confirmé les travaux de Burdon-Sanderson et a été le premier à reconnaître l’importance omniprésente de la signalisation électrique entre les cellules végétales dans la coordination des réponses à l’environnement.

Alors, qu'est ce qu'une signalisation électrique ? Il s'agit d'une communication intra (voir inter) organisme basée sur un changement de potentiel membranaire à travers une continuité de cellules. Les cellules se font passer un message électrique de l'une à l'autre. Chez les animaux il s’agit des nerfs, neurones et chez les plantes, les signaux électriques vont être conduits par les cellules de la zone du stimulus puis vers les cellules des vaisseaux conducteurs pour ainsi être propagés relativement rapidement dans toute la plante. Donc pas de tissus, ni d’organes différenciés dédiés à cette signalisation.

Les vaisseaux conducteurs (qui conduisent ces signaux) chez les végétaux sont des cellules alignées de la pointe des racines vers l’apex caulinaire de la plante formant des vaisseaux. Il existe deux types de vaisseaux chez les plantes : le xylème et le phloème. Le xyleme étant formé de cellules mortes dont il reste les parois et le phloeme de cellules vivantes qui transmettent les signaux activement.

Peu après la découverte de l'existence de signaux électrique chez les plantes, Alexander Von Humbolt qui menait des expériences sur les animaux (y compris lui-même) et les plantes en a conclu que “la nature bioélectrique des animaux et des plantes est basées sur les mêmes principes”.

Comme chez les animaux, les signaux électriques jouent un rôle clé dans la communication des stimuli environnementaux, actionnant des évènements intra- et intercellulaires (Lautner et coll., 2005).

Les signaux électriques chez les plantes provoquent des changements dans les taux de respiration et de photosynthèse, en réponse à la pollinisation, au transport de phloèmes et au déploiement rapide et systémique des défenses des plantes.

Stefano Mancuso et Frantisek Baluska ont créé un laboratoire à Florence appelé Laboratoire international de neurobiologie végétale (LINV) en 2005. Dans ce laboratoire, les chercheurs étudient plusieurs aspects du comportement couvrant l'électrophysiologie, la physiologie et la biologie cellulaire/moléculaire.

Sur le site du LINV on peut lire : Les plantes sont des organismes dynamiques et très sensibles qui se nourrissent activement et de manière compétitive pour des ressources limitées, au-dessus et au-dessous du sol ; elles calculent avec précision leur situation, utilisent une analyse coûts-avantages sophistiquées et prennent des mesures définies pour atténuer et contrôler diverses insultes environnementales.

Les plantes sont capables d'une reconnaissance raffinée de soi et non de soi et sont territoriales dans leur comportement.

Cette nouvelle vision considère les plantes comme des organismes de traitement de l'information avec une communication complexe dans l'ensemble de la plante individuelle.

Il est possible d’utiliser des techniques similaires chez les végétaux que nous utilisons chez les animaux.

De nombreuses études montrent qu’en plus d’être sensibles à un grand nombre de stimuli environnementaux, les plantes sont capables de s’adapter en utilisant des mécanismes traditionnellement imputés aux animaux tels que la communication intra et inter-organismes (Beck et coll., 2018 ; Baluska et Mancuso, 2019), la mémoire (Gagliano et coll., 2018), l’apprentissage (Calvo et Friston, 2017), la cognition et l’adaptation de leurs comportements (Novoplansky 2019) (Bouteau et coll., 2020). Une des questions qu’on se pose est de savoir si ces aptitudes s’appuient sur des processus cellulaires équivalents à ceux décrits chez les animaux.

Dans cette émission, nous voyons qu’il est donc possible de détecter des signalisations électriques chez les plantes avec les mêmes outils utilisés par les neurosciences. Cela entraîne des réponses de signalisation cellulaire et donc une modification de la physiologie de la plante suite à un stimulus environnemental.

Pour aller plus loin :

Plant neurobiology: an integrated view of plant signaling (Brenner et al., 2006)