Cette semaine, alors que nous sommes entrés au cœur de l’été et que nous assistons au spectacle toujours enchanteur de la nature triomphante, j’ai souhaité aborder à nouveau un sujet fascinant qui constitue depuis quelques années un nouvel et immense champ de recherche scientifique : l’extraordinaire capacité des plantes à s’adapter à leur environnement.
Leurs propriétés non moins étonnantes leur permettant à la fois de communiquer entre elles, de manière subtile et diverse et d’agir sur leur milieu.
Grâce à une multitude de travaux et de recherche dans ce domaine, les scientifiques ont acquis la conviction, depuis une quinzaine d’années, que les plantes étaient bel et bien capables de percevoir d’une manière très fine, en combinant de multiples mécanismes physico-chimiques, les modifications de leur environnement.
À cet égard, la science a longtemps cru que les propriétés d’adaptation du végétal étaient essentiellement passives et régies par des mécanismes biologiques et génétiques très déterministes. Mais en réalité, il n’en est rien. Prenons l’exemple du mécanisme de la photosynthèse qui permet aux plantes de transformer l’énergie lumineuse du soleil en énergie chimique. Dans ce mécanisme d’une redoutable efficacité, on a longtemps pensé que les plantes ne faisaient que transformer automatiquement cette énergie solaire en énergie chimique, sans être capables d’une quelconque forme de perception de cette propriété, à l’instar d’une cellule photovoltaïque qui n’a pas « conscience » des photons qu'elle transforme en énergie.
Mais de récents travaux ont montré que des plantes sont capables de percevoir la lumière réfléchie par des plantes voisines, en recourant à des pigments photosensibles, assez similaires à ceux présents dans nos yeux. Grâce à ce système, bien plus sophistiqué qu’on ne l’imaginait encore récemment, les plantes peuvent détecter le moindre changement dans la composition spectrale de la lumière, ce qui leur permet d’adapter en conséquence leur croissance et de faire face à la « concurrence » des autres plantes.
Un des plus beaux exemples de ce mécanisme étonnant est constitué par la remarquable régularité des champs de blés, où tous les plants ont pratiquement la même hauteur. Ce phénomène, directement lié à ce mécanisme subtil de perception de la lumière fonctionne à la fois pour les blés cultivés et les blés sauvages et les paysans ont su, au fil des siècles et de manière empirique, l’utiliser pour obtenir des cultures de plus en plus homogènes, au rendement accru.
Mais à côté de ce mode de perception lumineuse, les plantes sont également dotées de capacités chimiques, mécaniques et physiques au moins aussi surprenantes. À cet égard, des recherches ont montré qu’en Afrique du Sud, certaines espèces d’antilopes se nourrissant ordinairement de feuilles d’acacia, avaient brusquement été empoisonnées par ces mêmes feuilles qui s’étaient mises à produire en surface des substances toxiques pour se protéger des agressions excessives exercées par ces animaux.
Mais les végétaux sont également capables de percevoir les pressions et les forces qui s'exercent sur leur organisme par la déformation des cellules. Cette propriété est évidemment particulièrement importante dans le cadre de l’évolution et de la compétition darwinienne entre espèces car elle peut permettre à la plante de s’adapter rapidement à un brusque changement de son environnement et même de l’anticiper.
Mais ce qui est fascinant dans ce mécanisme, c’est qu’il fait intervenir des milliers de gènes, dont l’expression va se trouver modifiée sous l’effet de cette perception mécanique. Encore plus étonnant, cette perception des tensions et des forces va mobiliser des canaux irriguant les membranes et ceux-ci vont moduler leur perméabilité pour permettre un passage plus ou moins important d’ions calcium. Ce mécanisme s’avère donc, considéré à un niveau fondamental, proche de celui à l’œuvre dans le sens du toucher chez les animaux…
Les arbres et les plantes sont également dotés, comme les animaux et les êtres humains, d’une propriété extrêmement élaborée de proprioception. Cette capacité perceptive remarquable va permettre aux végétaux de percevoir en permanence l’évolution de leurs déformations et de rétroagir en conséquence pour optimiser leur croissance. Évoquant ce mécanisme d’une très grande complexité, Bruno Moulia, chercheur en agronomie, n’hésite pas à affirmer que les plantes ont su développer un niveau de proprioception qui n’est pas très éloigné de celui des humains…
Un champ plus récent de recherche a également montré que de nombreuses plantes semblent sensibles à certaines vibrations émettant certains types de sons, notamment lorsqu’ils proviennent de plantes voisines appartenant à la même espèce.
Une autre étude publiée en mai 2012 (Voir PLOS One), s’est penché sur les différents modes de communication entre deux plantes, le piment et le fenouil. Ce dernier est en effet connu pour pouvoir déclencher tout un arsenal de molécules chimiques qui parviennent à bloquer la croissance de certains de ses voisins et concurrents.
En plaçant côte à côte des pieds de fenouil en pots et des graines de piment et en utilisant un dispositif expérimental très ingénieux, constitué de plusieurs barrières isolantes permettant de soustraire les graines de piment aux différents types de communications chimiques ou lumineuses du fenouil, ces recherches ont montré que des graines de piment semblaient « savoir », sans pouvoir recevoir le moindre signal physique, chimique ou optique en provenance du fenouil, si ce dernier était présent ou non sous l’enceinte hermétique.
En effet, ces graines ne germaient pas à la même vitesse, selon que les plans de fenouil étaient ou non présents à proximité, même lorsque ceux-ci étaient totalement isolés et dissimulés par une capsule hermétique. Pour tenter d’expliquer cette observation tout à fait étonnante, des scientifiques font deux hypothèses : soit les graines de piment seraient sensibles à des champs magnétiques très faibles générés par les plantes fenouillères, soit elles seraient capables d’entendre des sons de très faible intensité émis par les plants de fenouil.
La même équipe de recherche a également montré dans une autre étude publiée en 2012 (Voir LINV) et intitulée « Vers une compréhension des sons émis par les plantes », que des racines de jeunes plants de maïs, lorsqu’ils étaient soumis à un son continu émis à des fréquences comprises entre 200 et 300 hertz, tendaient à se tourner vers la source sonore.
Une autre étude publiée en mai 2014 (Voir Nature) et réalisée par Antony Champion, chercheur à l'Institut de recherche pour le développement (IRD) et Antoine Larrieu, chercheur dans le laboratoire de reproduction et développement des plantes à l’École normale supérieure de Lyon, a permis de mettre au point un biocapteur capable d'observer en temps réel la réponse d’une plante à une agression.
Ces recherches ont montré qu’une plante meurtrie par les intempéries ou un animal va déclencher immédiatement la production d’une hormone de stress, l’acide jasmonique. Ces recherches ont également permis d’observer que la plante ainsi agressée réagissait en deux temps : d’abord en informant immédiatement l’ensemble de la plante de la blessure subie ; ensuite en déclenchant une stratégie à plus long terme permettant à la plante de ralentir sa croissance et de produire certaines molécules de défense, dont la nature et la quantité varie en fonction du type d’agression.
Pour prendre un exemple concret, si une plante, par exemple, est attaquée par des insectes herbivores, elle peut mettre en œuvre plusieurs lignes de défense biologique et chimique très efficaces. L’ensemble de ces mécanismes de protection est contrôlé par de nombreuses hormones végétales comme l’éthylène, l’acide jasmonique ou l’acide salicylique.
Ces recherches récentes confirment d’autres travaux et montrent de manière très convaincante que les mécanismes impliqués dans la perception d'une agression ou d’une blessure chez les plantes sont étonnamment proches de ceux à l’œuvre chez l’homme.
Enfin, signalons les récentes découvertes de l’équipe de Patrick Achard à l'Institut de biologie moléculaire des plantes. Ces travaux ont notamment permis de révéler un système de communication complexe à longue distance assurant une croissance coordonnée des organes chez les plantes (Voir Nature). Cette étude, qui ouvre un vaste champ de recherche, commence à révéler par quels mécanismes multiples et subtils les organes distants des plantes -feuilles et racines, notamment- coordonnent leur croissance et coopèrent activement pour parvenir à s’adapter aux nouvelles contraintes de l’environnement et pour en tirer parfois un avantage compétitif décisif.
L’ensemble de ces travaux n’a pas seulement pour but une meilleure connaissance scientifique fondamentale des plantes, de leur croissance et de leur reproduction. En commençant enfin à élucider les multiples mécanismes et processus biologiques, génétiques optiques, physiques et peut-être électromagnétiques que les plantes ont développés au cours de leur très longue évolution et ont appris à utiliser pour survivre et se reproduire dans des conditions extrêmes, ces recherches passionnantes vont provoquer, au cours des prochaines décennies, de véritables ruptures en matière agronomique. Elles contribueront sans doute de manière puissante à la poursuite de l’amélioration du rendement des productions agricoles, dans le respect de l’environnement et de la biodiversité. Dans un monde où il faudra nourrir, dans le cadre d’une agriculture durable, plus de neuf milliards d’êtres humaines dans quarante ans, on mesure évidemment l’importance absolument décisive de ces avancées scientifiques.
Enfin, même si nous devons nous garder de toute métaphore anthropocentrisme déplacée et éviter de parler « d’intelligence » ou de « conscience » des plantes, comment ne pas être émerveillé par la diversité et la complexité de ces mécanismes qui sont tout sauf automatiques et passifs et qui s’apparentent à bien des égards à une véritable perception végétale. Mais la chose la plus extraordinaire que nous révèlent ces récentes découvertes est sans doute la profonde et mystérieuse unité du vivant qui, au-delà du foisonnement immense des espèces, s’appuie sur des mécanismes biologiques fondamentaux communs.
Ce lien puissant et indissoluble entre le monde végétal, le monde animal et l’homme doit nous inciter encore davantage à conclure avec notre Planète une nouvelle alliance rompant avec la destruction accrue et irréversible des ressources naturelles et jetant les bases d’une nouvelle exploitation raisonnable, durable et équitable des immenses richesses que nous prodigue notre Terre.
René TRÉGOUËT
Sénateur honoraire
Fondateur du Groupe de Prospective du Sénat
