À première vue, la plante Malvaceae Lavatera cretica n'est qu'une mauvaise herbe discrète. Cette mauve a des fleurs rosées et des feuilles larges et plates qui suivent le soleil pendant la journée. Cependant, ce que fait la fleur la nuit a attiré l'attention de la communauté scientifique sur l'humble plante. Quelques heures avant l'aube, la plante commence à tourner ses feuilles dans le sens supposé du lever du soleil. Malva semble se souvenir où et quand le soleil s'est levé les jours précédents, et l'attend là-bas.
Lorsque les scientifiques du laboratoire tentent de confondre la mauve en modifiant l'emplacement de la source lumineuse, il apprend simplement une nouvelle direction. Mais que signifie cette déclaration en général - que la plante est capable de se souvenir et d'apprendre?
L'idée que les plantes peuvent agir intelligemment, sans parler de l'apprentissage et de la formation de la mémoire, était jusqu'à récemment un point de vue marginal. Les souvenirs sont considérés comme fondamentalement un phénomène cognitif, à tel point que certains scientifiques considèrent leur présence comme une indication nécessaire et suffisante que le corps possède des types de pensée de base. Il faut un cerveau pour former des souvenirs, et les plantes n'ont même pas le système nerveux rudimentaire que possèdent les insectes et les vers.
Cependant, au cours des dix dernières années, ce point de vue a été contesté. Mallow ne fait pas exception. Les plantes ne sont pas seulement des automates organiques passifs. Nous savons maintenant qu'ils peuvent détecter et intégrer des informations sur des dizaines de variables naturelles et appliquer ces connaissances pour un comportement flexible et adaptatif.
Par exemple, les plantes peuvent reconnaître si les plantes voisines sont apparentées ou non et adapter leurs stratégies d'alimentation en conséquence.
Impatiens pallida, l'une des nombreuses espèces connues pour dépenser la plupart de ses ressources sur des feuilles en croissance plutôt que sur des racines en présence d'étrangers, une tactique qui visait apparemment à rivaliser pour la lumière du soleil. Entouré de plantes apparentées, toucher-me-not change les priorités. De plus, les plantes sont capables de construire des défenses ciblées sophistiquées en réponse à l'identification de prédateurs spécifiques. La petite gomme de Tal à fleurs (Arabidopsis thaliana) peut suivre les vibrations de ses chenilles mangeuses et libérer des huiles et des produits chimiques spéciaux pour repousser les insectes.
Les plantes communiquent également entre elles et avec d'autres organismes, tels que les parasites et les microbes, en utilisant plusieurs canaux - cela inclut, par exemple, des "réseaux mycorhiziens" fongiques qui relient les systèmes racinaires de diverses plantes comme une sorte d'Internet souterrain.
Ce n'est peut-être pas si surprenant que les plantes soient capables d'apprendre et d'utiliser la mémoire pour faire des prédictions et prendre des décisions.
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Qu'est-ce qui est inclus dans les concepts d '«apprentissage» et de «mémoire» si nous parlons de plantes? L'exemple le plus évident dans le débat est le processus de vernalisation, au cours duquel certaines plantes doivent être exposées à de basses températures pour fleurir au printemps. La mémoire hivernale aide les plantes à faire la distinction entre le printemps lorsque les pollinisateurs tels que les abeilles sont occupés et l'automne lorsqu'ils sont libres, et la décision de fleurir au mauvais moment peut être désastreuse pour la reproduction.
Dans la plante expérimentale préférée des biologistes, le reticulatus de Tal, un gène appelé Flowering Locus C (FLC) produit un produit chimique qui empêche ses petites fleurs blanches de s'ouvrir. Cependant, lorsqu'une plante connaît un long hiver, les sous-produits d'autres gènes mesurent la durée pendant laquelle elle est exposée aux températures froides et suppriment la FLC dans un grand nombre de cellules pendant le froid. Lorsque le printemps arrive et que les jours s'allongent, une plante qui a un faible taux de FLC en raison du froid peut commencer à fleurir. Cependant, le mécanisme anti-FLC nécessite une exposition prolongée au temps froid pour fonctionner efficacement, plutôt que de courtes périodes de fluctuations de température.
La mémoire dite épigénétique est ici impliquée. Même après le retour des plantes vernalisées à des conditions chaudes, la teneur en FLC reste à un niveau bas en raison du remodelage des marques de chromatine. Ce sont des protéines et de petits radicaux qui se fixent à l'ADN à l'intérieur des cellules et affectent l'activité des gènes. Le remodelage de la chromatine peut même être transmis aux générations suivantes de cellules séparées, de sorte que ces dernières «se souviennent» des hivers passés. Si la saison froide a été suffisamment longue, les plantes dont certaines cellules n'ont pas été exposées au froid peuvent encore fleurir au printemps car la modification de la chromatine continue d'inhiber l'expression de la FLC.
Mais est-ce vraiment un souvenir? Les botanistes qui étudient la mémoire épigénétique seront les premiers à convenir qu'elle est fondamentalement différente de ce que les scientifiques cognitifs étudient.
Ce terme n'est-il qu'une convention allégorique qui combine le mot familier «mémoire» avec le domaine inconnu de l'épigénétique? Ou les similitudes entre les changements cellulaires et les souvenirs au niveau de l'organisme nous révèlent-elles des profondeurs inconnues de ce qu'est réellement la mémoire?
Les mémoires épigénétiques et «cérébrales» ont une chose en commun: des changements constants de comportement ou d'état du système causés par un agent pathogène naturel du passé. Pourtant cette description semble trop générale, car elle couvre également des processus tels que les lésions tissulaires et les changements métaboliques. Peut-être que la question intéressante ici n'est pas de savoir si des souvenirs sont nécessaires ou non pour l'activité cognitive, mais plutôt quels types de mémoire indiquent l'existence d'un processus cognitif sous-jacent et si ces processus existent dans les plantes. En d'autres termes, plutôt que de regarder la «mémoire» elle-même, il vaut la peine d'explorer la question plus fondamentale de la façon dont les souvenirs sont acquis, formés ou appris.
«Les plantes se souviennent», a déclaré l'écologiste comportementale Monica Galliano dans une récente interview à la radio. "Ils savent exactement ce qui se passe." À l'Université d'Australie-Occidentale, Galliano étudie les plantes à l'aide de techniques d'apprentissage comportemental spécifiques aux animaux. Elle soutient que si les plantes peuvent montrer des résultats qui suggèrent que d'autres organismes vivants peuvent apprendre et stocker des souvenirs, nous devons également considérer la probabilité que les plantes possèdent également ces capacités cognitives. L'une des formes d'apprentissage qu'ils ont étudiées en détail est l'adaptation, au cours de laquelle les organismes vivants exposés à des agents pathogènes inattendus mais inoffensifs (bruit, flash ou lumière) présenteront plus tard une réponse proactive qui s'estompera avec le temps.
Imaginez que vous entrez dans une pièce avec un réfrigérateur qui bourdonne: au début, c'est ennuyeux, mais en règle générale, vous vous y habituez et, très probablement, après un certain temps, vous cesserez même de remarquer ce bruit. Une adaptation complète suppose un stimulus spécifique, donc avec l'introduction d'un stimulus excellent et potentiellement dangereux, l'animal déclenche une nouvelle réponse défensive.
Même dans une pièce bruyante, vous êtes plus susceptible de broncher à un son fort. C'est ce qu'on appelle le soulagement de l'accoutumance et c'est ce qui distingue le véritable apprentissage des autres types de changement, comme la fatigue.
En 2014, Galliano et ses collègues ont testé les capacités d'apprentissage du mimosa d'une petite annuelle timide et rampante. Ses feuilles se recroquevillent en réponse à une menace. Galliano et ses collègues ont laissé tomber le mimosa d'une hauteur (ce qui, en principe, n'aurait pas pu se produire avec la plante dans son histoire évolutive), et la plante a appris qu'elle était sûre et n'a pas montré de réaction de pliage. Cependant, une réponse a été observée lorsque la plante a été soudainement secouée. De plus, les scientifiques ont découvert que l'adaptation du mimosa timide était également déterminée contextuellement. Les plantes apprenaient plus rapidement dans des environnements faiblement éclairés où la fermeture des feuilles était plus coûteuse en raison de la rareté de l'éclairage et du besoin de l'observateur de conserver l'énergie. (L'équipe de Galliano n'a pas été la première à appliquer une approche d'apprentissage comportemental aux plantes comme le mimosa timide,cependant, les études précédentes n'étaient pas toujours strictement contrôlées et donnaient donc des résultats contradictoires.
Mais qu'en est-il de l'apprentissage plus complexe?
La plupart des animaux sont également capables d'un apprentissage conditionné et associatif, au cours duquel ils apprennent que deux stimuli sont couplés l'un à l'autre. C'est ce qui vous permet d'apprendre au chien à s'approcher du son du sifflet - le chien commence à associer ce comportement à une friandise ou à une affection.
Dans une autre étude, Galliano et ses collègues ont testé si les pois de semence pouvaient relier le mouvement de l'air à la disponibilité de la lumière. Ils ont placé les graines dans un labyrinthe en Y, dont l'une des branches était mise en mouvement par air - c'était aussi le plus brillant. Les plantes ont ensuite été laissées à pousser dans le labyrinthe, et les scientifiques s'attendaient à voir s'ils maîtriseraient l'association. Les résultats ont été positifs: ils ont montré que les plantes maîtrisaient la réponse conditionnée d'une manière déterminée par la situation.
Il y a de plus en plus de preuves que les plantes possèdent certaines des capacités d'apprentissage inhérentes aux animaux. Pourquoi a-t-il fallu si longtemps pour réaliser cela? Vous pouvez faire une petite expérience. Jetez un œil à cette image. Qu'est-ce qui est représenté ici?
La plupart nommeront soit la classe générale des animaux dans l'image («dinosaures») et décriront ce qu'ils font («se battre», «sauter»), ou - si un fan de dinosaure croise - désigner un animal spécifique («driptosaurus»). Les lichens, l'herbe, les arbustes et les arbres seront rarement mentionnés - pour la plupart, ils seront perçus comme l'arrière-plan de l'événement principal, le "champ de bataille" des animaux.
En 1999, les biologistes James Wandersee et Elizabeth Schuessler ont surnommé ce phénomène la cécité des plantes - une tendance à ignorer le potentiel, le comportement et le rôle actif unique des plantes dans la nature. Nous les traitons comme un élément de fond et non comme des agents actifs de l'écosystème.
À bien des égards, cet aveuglement est dû à l'histoire, nous parlons de restes philosophiques de paradigmes longtemps abolis qui continuent d'influencer notre compréhension du monde naturel. De nombreux scientifiques sont encore influencés par le célèbre concept aristotélicien de la scala naturae, «l'échelle des êtres», où les plantes sont au bas de la hiérarchie des capacités et des valeurs, et les humains sont au sommet. Aristote a souligné la division conceptuelle fondamentale entre la vie végétale immobile et insensible et le règne animal actif et sensible. À son avis, la différence entre le règne animal et l'humanité est tout aussi significative; il ne croyait pas que les animaux aient une pensée à part entière. Après la diffusion de ces idées en Europe occidentale au début des années 1200 et pendant la Renaissance, cette position d'Aristote est restée en popularité constante.
Aujourd'hui, ce préjugé systématique contre les non-animaux peut être appelé zooshavinisme. Il est omniprésent dans le système éducatif, dans les manuels de biologie, dans les tendances des publications scientifiques et dans les médias. De plus, les enfants qui grandissent dans les villes interagissent rarement avec les plantes, s'en occupent rarement et ne les comprennent généralement pas bien.
La façon dont notre corps fonctionne - nos systèmes de perception, d'attention et de cognition - contribue à la cécité à base de plantes et aux préjugés associés. Les plantes ne nous sautent pas dessus, ne constituent pas une menace et leur comportement ne nous affecte pas.
Les recherches empiriques suggèrent qu'ils ne sont pas remarqués aussi souvent que les animaux, qu'ils n'attirent pas l'attention aussi vite que les animaux et que nous les oublions plus facilement que les animaux. Nous percevons les plantes comme des objets ou même n'y prêtons aucune attention. De plus, le comportement des plantes est souvent causé par des changements chimiques ou structurels si petits, rapides ou lents qu'on ne peut les observer sans équipement spécial.
De plus, puisque nous sommes nous-mêmes des animaux, il nous est plus facile de reconnaître le comportement des animaux. Des découvertes récentes dans le domaine de la robotique indiquent que les participants à la recherche sont plus disposés à attribuer des propriétés telles que les émotions, l'intentionnalité et le comportement à des systèmes qui imitent le comportement humain ou animal.
Nous nous appuyons sur des prototypes anthropomorphes pour essayer de déterminer si le comportement est sain d'esprit. Cela explique notre réticence intuitive à attribuer des capacités cognitives aux plantes.
Mais les préjugés ne sont peut-être pas la seule raison pour laquelle nous avons ignoré le potentiel cognitif des plantes. Certains chercheurs ont exprimé leur inquiétude quant au fait que des concepts tels que «cécité des herbes» ne sont que des métaphores déroutantes. Lorsque la théorie cognitive est appliquée aux plantes d'une manière moins abstraite et vague, disent-ils, il semble que les plantes fonctionnent très différemment des animaux. Les mécanismes végétaux sont complexes et étonnants, admettent-ils, mais ce ne sont pas des mécanismes cognitifs. On pense que nous donnons à la mémoire une définition si large qu'elle perd son sens et que des processus tels que l'adaptation ne sont en fait pas des mécanismes cognitifs.
Une façon d'étudier la signification du processus cognitif est d'examiner si le système utilise des représentations. Un ensemble de lignes colorées peut former une image d'un chat, une représentation d'un chat, tout comme le mot «chat» dans cette phrase.
Le cerveau crée des représentations d'éléments de l'environnement et nous permet ainsi de naviguer dans cet environnement. Lorsque le processus de formation des représentations échoue, nous pouvons commencer à former dans l'esprit des images d'objets qui ne sont pas vraiment près de nous, par exemple pour voir des hallucinations. Et parfois, nous percevons le monde un peu mal, déformons les informations à son sujet. Je peux mal entendre les paroles de la chanson - ou frissonner en pensant qu'une araignée rampe le long de ma main, alors que ce n'est qu'une mouche.
La capacité à mal interpréter les informations entrantes est un signe certain que le système utilise des représentations chargées d'informations pour naviguer dans le monde. C'est le système cognitif.
Au fur et à mesure que nous formons des souvenirs, nous sommes susceptibles de conserver certaines de ces informations affichées afin de pouvoir les utiliser ultérieurement hors ligne. Le philosophe Francisco Calvo Garzón de l'Université espagnole de Murcie a déclaré que pour qu'une propriété physique ou un mécanisme soit qualifié de représentatif, il doit "pouvoir représenter des objets ou des événements temporairement inaccessibles". C'est la capacité de la représentation à refléter quelque chose qui n'existe pas, affirme-t-il, qui permet à la mémoire d'être considérée comme un signe d'activité cognitive. Une propriété ou un mécanisme qui ne peut pas fonctionner hors ligne ne peut pas être considéré comme véritablement cognitif.
D'autre part, certains chercheurs admettent que certaines représentations ne peuvent fonctionner qu'en ligne, c'est-à-dire qu'elles représentent et suivent des éléments de l'environnement en temps réel. La capacité nocturne de la mauve à prédire où le soleil se lèvera, bien avant son apparition, semble impliquer des représentations hors ligne; d'autres plantes héliotropes, qui ne suivent que le soleil lorsqu'il se déplace dans le ciel, utilisent évidemment une sorte de représentation en ligne. Et pourtant, les organismes utilisant uniquement une représentation en ligne, disent les scientifiques, peuvent également être considérés comme cognitifs. Cependant, les processus hors ligne et la mémoire sont des preuves plus convaincantes que le corps ne réagit pas uniquement par réflexe à l'environnement. Ceci est particulièrement important en ce qui concerne l’étude d’organismes que nous n’avons pas intuitivement tendance à considérer comme cognitifs, comme les plantes.
Y a-t-il des preuves que les plantes affichent et stockent des informations sur l'environnement pour une utilisation ultérieure?
Pendant la journée, la mauve tourne ses feuilles vers le soleil en utilisant le tissu moteur à la base de la tige - ce processus est activement contrôlé par les changements de pression de l'eau à l'intérieur de la plante, c'est ce qu'on appelle la turgescence. L'échelle et la direction de la lumière du soleil sont codées dans les tissus sensibles à la lumière répartis sur le motif géométrique des veines des feuilles de mauve, et les informations à leur sujet sont stockées jusqu'au matin. La plante suit également les cycles du jour et de la nuit grâce à son horloge circadienne interne, sensible aux signaux naturels du coucher et du lever du soleil.
La nuit, en regardant les informations provenant de toutes ces sources, la mauve peut prédire où et quand le soleil se lèvera le lendemain matin. Il peut ne pas fonctionner avec des concepts comme «soleil» ou «aube», mais il stocke des informations sur le vecteur du soleil et les cycles du jour et de la nuit, ce qui lui permet de réorienter ses feuilles avant l'aube pour que leur surface soit face au soleil levant. Cela permet également à la plante d'apprendre une nouvelle position lorsque les physiologistes se trompent la tête en changeant la direction de la source lumineuse. Dans l'obscurité créée artificiellement, le mécanisme d'anticipation peut également fonctionner hors ligne pendant plusieurs jours. Il s'agit d'optimiser les ressources disponibles - dans ce cas, la lumière du soleil.
Ce mécanisme peut-il être considéré comme une «représentation» - remplaçant les éléments du monde environnant qui déterminent le comportement de la plante? Je le pense.
Tout comme les neuroscientifiques cherchent à identifier les mécanismes du système nerveux afin d'étudier la mémoire chez les animaux, les chercheurs en plantes cherchent à comprendre les mécanismes de mémoire qui permettent aux plantes de stocker et d'utiliser des informations, et utilisent également cette mémoire pour personnaliser leur comportement.
Nous commençons à peine à comprendre les capacités uniques de ce groupe d'organismes flexibles et diversifiés. Alors que nous élargissons notre curiosité au-delà du règne animal et même du règne végétal pour étudier les champignons, les bactéries et les protozoaires, nous pouvons être surpris de constater que beaucoup de ces organismes utilisent les mêmes stratégies et principes comportementaux de base que nous-mêmes, y compris la capacité de apprendre et former des souvenirs.
Pour que des progrès soient réalisés, une attention particulière doit être accordée aux mécanismes. Nous devons comprendre clairement quand, comment et pourquoi nous recourons à l'allégorie. Vous devez être précis dans vos déclarations théoriques. Et si les preuves nous orientent dans une direction qui est en contradiction avec la sagesse conventionnelle, nous devons hardiment suivre où elles nous conduisent. De tels programmes de recherche en sont encore à leurs balbutiements, mais ils continuent certainement à générer de nouvelles découvertes qui sapent et élargissent la compréhension humaine des plantes, brouillant les frontières habituelles qui séparent le règne végétal du règne animal.
Bien sûr, essayer de réfléchir à ce que la pensée en général peut signifier dans le cas de ces organismes est plutôt un vol de fantaisie, car ils n'ont en fait pas de division en cerveau (esprit) et corps (mouvement).
Cependant, avec quelques efforts, nous pouvons éventuellement aller au-delà des concepts existants de «mémoire», d '«apprentissage» et de «réflexion» - qui ont à l'origine motivé notre demande.
Nous voyons que dans de nombreux cas, le raisonnement sur les processus d'apprentissage et de mémoire chez les plantes repose non seulement sur des images allégoriques, mais aussi sur des faits secs. Et la prochaine fois que vous rencontrerez une mauve au bord de la route tremblant au soleil, ralentissez, regardez-la avec de nouveaux yeux et rappelez-vous que cette herbe discrète est pleine de capacités cognitives extraordinaires.
