Good Mood

Adapté avec La permission du Cerveau: les Big Bangs, les Comportements et les Croyances, par Rob DeSalle et Ian Tattersall, publié par Yale University Press. Copyright © 2012 par Rob DeSalle et Ian Tattersall

certaines personnes pensent que les plantes réagissent à la parole, au jeu de la musique et à d’autres formes d’attention humaine. Et bien que les plantes ne traitent probablement pas le langage humain, elles sont néanmoins très conscientes de leur environnement et sont très capables de communiquer entre leurs cellules., De plus, certains scientifiques pensent que le système de communication interne d’une plante est très proche de ce que nous pourrions légitimement appeler un système nerveux. Après tout, certains mimosas sont réputés pour se rétracter rapidement après avoir été dérangés, et les mouches de Vénus réagissent rapidement à la présence d’insectes dans leurs dispositifs de capture. Charles Darwin a fait des observations comparables et a proposé des idées similaires sur les plantes., Dans une de ses œuvres moins connues, the Power of Movement in Plants (1880), il écrit sur la radicule, la racine embryonnaire d’une plante, et la sensibilité de son extrémité à divers types de stimulation:

il n’est guère exagéré de dire que la pointe de la radicule ainsi dotée, et ayant le pouvoir de diriger les mouvements des parties adjacentes, agit comme le cerveau le corps, recevant des impressions des organes sensoriels, et dirigeant les différents mouvements.,

Darwin disait que la radicule, non seulement se comporte comme un cerveau en dirigeant les fonctions des autres cellules, mais est aussi placé dans l’endroit correspondant dans l’anatomie de la plante. Certains botanistes modernes ont étendu cette idée. En 2005,la première réunion internationale de neurobiologie végétale s’est tenue à Florence, en Italie, et une toute nouvelle revue, Plant Signalling and Behavior, a été lancée en 2006. Que proposent les neurobiologistes des plantes?

l’idée que les plantes ont un système nerveux provient de plusieurs sources d’information., Premièrement, les plantes ont des gènes similaires à ceux qui spécifient les composants du système nerveux animal. Ces composants comprennent des récepteurs de glutamate, un acide aminé qui est l’un des blocs de construction des protéines, mais qui fonctionne également comme un neurotransmetteur. D’autres composants sont des activateurs de la voie des neurotransmetteurs, tels que ceux connus sous le nom de protéines G-box, et une famille de protéines « 14-3-3”, qui agissent pour lier diverses protéines de signalisation. Toutes ces protéines ont été observées chez des animaux, chez lesquels il a été démontré qu’elles ont des rôles distincts dans la fonction neuronale. Pourtant, ils se trouvent également dans les plantes.,

deuxièmement, bien que ces protéines n’aient probablement pas de fonctions « neuronales” chez les plantes, certaines protéines végétales se comportent de manière très similaire aux molécules neuronales. Troisièmement, certaines plantes semblent montrer des régions synapses entre les cellules, à travers lesquelles les molécules de neurotransmetteurs facilitent la communication de cellule à cellule. L’exigence de comparaison comprend que les régions doivent avoir les mêmes caractéristiques que les synapses animales, telles que la formation de vésicules, de petites bulles qui stockent les neurotransmetteurs qui doivent être libérés à travers la synapse., Quatrièmement, de nombreuses plantes ont des systèmes vasculaires qui semblent pouvoir servir de conduits pour les « impulsions” dont elles ont besoin pour transmettre dans tout le corps de la plante. Enfin, certaines cellules végétales présentent ce qui pourrait être interprété comme des potentiels d’action—des événements dans lesquels la polarité électrique à travers la membrane cellulaire effectue une inversion rapide et temporaire, comme cela se produit dans les cellules neurales animales.

examinons ces différents types d’informations et ce qu’elles peuvent impliquer pour l’existence de fonctions cérébrales chez les plantes.

il n’est guère surprenant de trouver chez les plantes des gènes liés à des gènes animaux impliqués dans le système nerveux. En effet, la confirmation de ce fait a été l’un des premiers résultats vraiment intéressants des différents projets de génome. La raison pour laquelle il n’est pas surprenant est que toute la vie sur la planète est unie par une ascendance commune., Trouver des gènes en commun parmi des organismes largement divergents est ce que vous attendez avec la descendance d’ancêtres communs. Ainsi, typique d’un génome bactérien s’avère avoir l’équivalent de 2% de ses gènes dans le génome humain. Pour les plantes, le nombre est d’environ 17 pour cent, et pour des organismes tels que les mouches et les vers, le nombre de sauts entre 30% et 40%. Une autre façon de mesurer la similitude des génomes est de demander à quel point les séquences réelles de bases dans les gènes d’un génome varient., Pour les vertébrés, lorsque la similitude de séquence est examinée, le nombre varie d’environ 85 pour cent, pour des parents éloignés comme les poissons, à 98, 7 pour cent, pour le chimpanzé, et 99, 7 pour cent pour notre proche parent éteint, Homo neanderthalensis. Ce qui n’était pas si attendu, cependant, c’est la large distribution des principales catégories de gènes qui sont représentées chez les plantes et les animaux.

pourtant, l’évolution peut faciliter quelques remarquables « variations sur des thèmes” avec des gènes., Si un gène fabrique une protéine impliquée dans un processus particulier chez les plantes, le gène correspondant chez un animal ou un champignon n’a pas nécessairement à fabriquer une protéine qui a la même fonction. Un exemple instructif est les récepteurs du glutamate, qui sont impliqués dans la synapse neurale animale et interagissent avec le neurotransmetteur glutamate. Les plantes ont aussi des récepteurs au glutamate, mais si elles servent quelque chose comme une fonction « neurale” est une autre affaire., Un examen de la répartition de cette famille de gènes dans les génomes de plantes et d’animaux va nous montrer comment les familles de gènes peuvent diverger et comment les fonctions de ces gènes peuvent diverger trop.

chez les animaux, ces récepteurs se trouvent principalement dans l’extrémité réceptrice des cellules nerveuses—leur région « postsynaptique”. Le Glutamate est transporté à travers la synapse, rencontre les récepteurs et excite ainsi un potentiel d’action ou une mise à feu de la cellule nerveuse. Il arrive que deux principaux types de récepteurs du glutamate soient reconnus sur la base de la façon dont ils favorisent l’impulsion postsynaptique., Le premier type est « ionotrope »: les récepteurs du glutamate tapissent les pores du canal ionique à travers la membrane cellulaire de la cellule nerveuse réceptrice, et lorsque les récepteurs se lient au glutamate, les pores sont activés et les ions circulent à travers eux. Dans les récepteurs « métabotropes », les canaux ioniques sont activés plus indirectement, par le biais de cascades de signalisation généralement liées aux protéines G (qui lient la guanine, l’une des quatre bases d’acides nucléiques).

pour que le processus fonctionne, les récepteurs du glutamate doivent également se lier à ce qu’on appelle les agonistes., Il existe trois principaux types d’agonistes qui interagissent avec les récepteurs du glutamate ionotrope: AMPA (alpha-amino-3-hydroxyl-5-méthyl4-isoxazole propionate), NMDA (acide N-méthyl-D-aspartique) et kaïnate. D’autres agonistes interagissent avec les récepteurs métabotropes. Il existe également plusieurs versions des récepteurs du glutamate pour les fonctions ionotropes et métabotropes, ainsi que plusieurs dans ces catégories fonctionnelles spécifiques à différents agonistes. Il existe donc plusieurs versions de gènes pour les protéines chez les animaux (c’est ce qu’on appelle une famille de gènes)., Par exemple, la plupart des mammifères ont seize récepteurs de glutamate ionotrope: quatre qui utilisent AMPA comme agoniste, sept qui utilisent NMDA comme agoniste, et cinq qui utilisent kainate comme agoniste. De même, les souris et les humains ont huit récepteurs de glutamate métabotropes, chacun utilisant une variété d’agonistes.

Les plantes ont des récepteurs du glutamate qui sont plus similaires au type ionotrope., Arabidopsis thaliana (Thale cress), cheval de bataille de la génétique végétale et de la génomique, compte vingt membres de cette famille de gènes, un nombre dans le même stade, curieusement, que ces seize récepteurs du glutamate ionotrope chez les mammifères. De plus, trois grandes catégories de récepteurs du glutamate ont été découvertes chez les plantes, rappelant qu’il existe trois grandes catégories de récepteurs ionotropes du glutamate animal (ceux qui utilisent L’AMPA, le NMDA et la kaïnite comme agonistes). Mais les sous-groupes de récepteurs du glutamate ionotrope animal correspondent-ils à peu près à ceux des plantes?, En d’autres termes, les récepteurs du glutamate animal qui utilisent L’AMPA comme agoniste sont-ils plus étroitement liés à un sous-ensemble particulier de récepteurs du glutamate végétal qu’à tout autre récepteur animal ou végétal?

en fait, les trois catégories de récepteurs du glutamate végétal ne ressemblent en rien à ces catégories animales. D’une part, les animaux ont apparemment tous évolué les mêmes gènes dans cette famille de gènes via des duplications chez des ancêtres communs, alors que les récepteurs du glutamate végétal semblent tous avoir évolué à partir d’un seul ancêtre commun qui existait avant que les plantes et les animaux ne divergent., Cela signifie que les récepteurs du glutamate très spécifiques des animaux n’ont pas de relation individuelle avec les récepteurs du glutamate des plantes. Les récepteurs des plantes ne présentent pas non plus de relation avec des organes distincts, comme ils le font chez les animaux.

de Plus, en dehors de toute similitude dans les gènes, nous pouvons nous tourner pour notre deuxième apparente similitude, que de la fonction des protéines spécifiées par les gènes. En fait, il est vrai que les récepteurs du glutamate végétal peuvent interférer avec les récepteurs du glutamate animal, ce qui suggère que les récepteurs végétaux ont encore une fonction équivalente dans les cellules nerveuses animales., Il y a, par exemple, le cas étrange sur L’Île de Guam De l’ingestion humaine de matériel cycad (plantes riches en un acide aminé de type glutamate) provoquant des symptômes neurodégénératifs similaires à ceux des maladies D’Alzheimer, de Parkinson et de Lou Gehrig. Et l’expression des récepteurs du glutamate végétal est spécifique à la racine, l’emplacement même que certains scientifiques trouvent le plus évocateur du système nerveux des plantes., Bien qu’un petit sous-ensemble de ces récepteurs semble être important dans le développement précoce des racines, cependant, les différents récepteurs chez les plantes n’affichent généralement pas de relation avec des organes distincts, comme ils le font chez les animaux. Pourtant, si les récepteurs du glutamate ne servent pas les fonctions du système nerveux dans les plantes, pourquoi sont-ils là? L’argument le plus commun pour leur rétention dans les plantes est qu’ils servent de protéines de défense pour éloigner les espèces d’insectes envahisseurs.,

Troisièmement, compte tenu de tout cela, existe-t-il des structures végétales qui se comportent comme des synapses, ainsi que des molécules qui se comportent comme des neurotransmetteurs actifs dans la région « synaptique”? Pour que cela signifie quelque chose, quelques caractéristiques des plantes doivent être confirmées. La communication synaptique doit être montrée, mise en œuvre par les neurotransmetteurs et les récepteurs des émetteurs neuraux de la même manière que dans la neurotransmission animale—par exemple, par le biais de vésicules près de la synapse., Un candidat neurotransmetteur est l’auxine (acide indole-3-acétique), une petite molécule que certains botanistes estiment être le meilleur argument pour le comportement neurologique chez les plantes. Il existe également des transporteurs pour l’auxine qui se comportent beaucoup comme des récepteurs, en ce sens qu’ils aident le mouvement de l’auxine à travers la membrane cellulaire. Mais le système auxine agit-il comme une neurotransmission? Certains scientifiques diront en fait oui., Le botaniste moléculaire Gerd Jürgens de L’Institut Max Planck de biologie du développement, par exemple, a montré que le transport de l’auxine se fait par le biais du « trafic de vésicules”, un processus impliquant des vésicules cellulaires (petites bulles enveloppées de lipides) qui présente des caractéristiques de neurotransmetteur animal.

pourtant, l’auxine ne se trouve pas chez les animaux, et il semble qu’il s’agisse d’une protéine spécifique aux plantes qui régule la croissance. Pour certains, les observations de Jürgens suggèrent que les structures des vésicules pourraient être suffisamment similaires pour constituer un bon argument., Lorsque les types de” synapses  » fabriqués chez les plantes sont examinés, deux types de jonction s’avèrent avoir des domaines protéiques intégrés dans la membrane cellulaire. Le système de transport de l’auxine, réalisé par le trafic de vésicules, est influencé par la lumière et la gravité pour contrôler la communication cellule-cellule, et il utilise l’auxine comme émetteur, se comportant de la même manière qu’un neurotransmetteur.

l’autre « synapse” se comporte comme l’interconnexion entre une cellule immunitaire animale et une cellule pathogène. Chez les animaux, ce système met en œuvre la réponse immunitaire et la destruction de l’agent pathogène., Chez les plantes, il permet à l’individu non seulement de traiter les agents pathogènes, mais aussi de stabiliser les interactions avec les symbiontes—une fonction importante. Les plantes établissent des interactions bidirectionnelles utiles avec de nombreux micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, et dans certains cas, ces microbes accomplissent des tâches que la plante est incapable de faire seule. Certaines plantes ne peuvent pas traiter l’azote de l’environnement, elles forment donc une relation symbiotique avec des bactéries du genre Rhizobium pour faire l’affaire, et l’attachement en forme de synapse est essentiel pour la relation., Dans le processus, les rhizobia obtiennent l’avantage d’être nourris par la plante.

alors, pour aborder les quatrième et cinquième points soulevés ci-dessus concernant l’existence des systèmes neuronaux végétaux, qu’en est-il des impulsions électriques ou des potentiels d’action chez les plantes, et de leurs voies possibles dans le cadre du système vasculaire végétal? Curieusement, la conductivité électrique dans les plantes a été découverte quelques années avant Luigi Galvani a fait ses expériences macabres 1780s frogleg montrant des impulsions électriques chez les animaux. Il ne fait donc aucun doute que des signaux électriques ou peut-être même des potentiels d’action existent dans les plantes., Il est également assez clair que, comme L’a dit Eric Davies de la North Carolina State University,  » la raison fondamentale pour laquelle les usines ont des signaux électriques est qu’elles permettent une transmission d’informations très rapide et systémique, de sorte que toute l’usine est informée presque instantanément même si une seule région peut avoir été perturbée. »Pourtant, la nature du potentiel d’action est très différente chez les plantes et les animaux, bien que les deux impliquent les canaux ioniques de leurs cellules., Alors que les animaux produisent le potentiel d’action par un échange d’ions sodium et potassium, les potentiels végétaux sont produits avec le transport du calcium qui est amélioré par le chlorure et réduit par le potassium.

Alors, que faisons-nous en conclure?
La notion que les plantes ont des cerveaux dans un certain sens est à la fois intéressante et stimulante., Si provocateur, en effet, qu’en 2007, trente-six chercheurs de trente—trois institutions ont publié une lettre ouverte dans la revue Trends in Plant Science soutenant « que la neurobiologie végétale n’ajoute pas à notre compréhension de la physiologie végétale, de la biologie cellulaire végétale ou de la signalisation” et implorant les partisans de l’initiative de « réévaluer de manière critique le concept et de développer une base intellectuellement rigoureuse pour cela” – une belle façon de dire: « coupez-le simplement. »

dans l’ensemble, la réponse des neurobiologistes des plantes sur la question des” cerveaux  » des plantes a été plutôt conflictuelle., Anthony Trewavas de l’Université d’Édimbourg a suggéré que « la neurobiologie végétale est une métaphore”—et rien de plus. Il s’est concentré sur le terme lui-même, et son intérêt était principalement dans son importance dans la conduite de la science pour comprendre la biologie cellulaire des plantes et les mystères de la communication et de la signalisation de cellule à cellule. Mais les biologistes Franti.sek Balu.,ska de L’Université de Bonn et Stefano Mancuso de L’Université de Florence ont vigoureusement plaidé pour l’existence littérale des systèmes nerveux chez les plantes, suggérant que « la suppression du vieux schisme aristotélicien entre les plantes et les animaux unifiera tous les organismes multicellulaires sous un parapluie conceptuel ».' »

de toute évidence, les deux perspectives ne peuvent pas être justes. Trewavas nous semble l’appeler ce qu’il est: simplement un cas de discussion des similitudes. C’est la métaphore elle-même qui rend les déclarations sur la similitude des systèmes végétal et animal si intéressantes., Mais de la rendre utile, vous devez reconnaître que c’est une métaphore. Unifier les plantes et les animaux sous un seul” parapluie conceptuel  » alors qu’il n’y en a vraiment pas, crée un véritable problème. D’une part, il existe de bonnes preuves que les plantes et les animaux ne partagent pas un ancêtre commun à l’exclusion de tous les autres organismes de la planète. Les champignons et les nombreux organismes unicellulaires qui ont des noyaux se gênent. Un parapluie unificateur dissimulerait à la fois cette réalité et saperait l’utilité de la métaphore. Quand une métaphore n’est plus reconnue comme telle, l’erreur devient la règle du jour.