Les scientifiques résolvent le mystère vieux d'un siècle sur la façon dont les dionées attrape-mouches se referment brusquement

PARIS, 12 juin — Plaignez la pauvre mouche qui atterrit sur une dionée attrape-mouche. Lorsque l'insecte touche les structures semblables à des poils de cette remarquable plante carnivore, son piège se referme brusquement, condamnant la victime à être digérée pendant plusieurs jours dans des enzymes sécrétées. Les scientifiques ont désormais découvert le mécanisme physique à l'origine de ce claquement.

Des chercheurs ont indiqué que des expériences ont montré que la fermeture de la dionée est initiée par un ramollissement rapide des parois cellulaires de la couche externe du piège de la plante, qui est une feuille très modifiée divisée en deux lobes articulés ressemblant à des mâchoires munies de dents.

Pendant plus d'un siècle, l'hypothèse dominante était que la fermeture du piège était provoquée par une redistribution rapide de l'eau à l'intérieur de la feuille, l'eau se déplaçant entre les cellules pour gonfler un côté de la feuille. La nouvelle recherche pointe vers un mécanisme biologique différent.

« L'une des plantes les plus emblématiques au monde peut encore nous surprendre. Après plus d'un siècle de recherches, nous découvrons encore des choses fondamentalement nouvelles sur le fonctionnement de la dionée attrape-mouche », a déclaré le physicien Yoël Forterre du CNRS et de l'Université Aix-Marseille, auteur principal de l'étude publiée hier dans la revue Science.

La dionée attrape-mouche est une petite plante carnivore originaire d'une région limitée de Caroline du Nord et de Caroline du Sud, aux États-Unis. Comme de nombreuses plantes carnivores, elle pousse dans des environnements pauvres en nutriments et complète son alimentation en capturant et en digérant des insectes.

Lors d'expériences menées à Marseille, les chercheurs ont utilisé l'imagerie à haute vitesse, des mesures mécaniques par indentation de la couche externe de la plante et une modélisation mécanique. Ils ont également mesuré le transport d'eau dans le tissu végétal afin d'exclure ce mécanisme.

« La plante utilise des poils déclencheurs spécialisés situés sur la surface interne du piège. Lorsqu'un insecte touche ces poils deux fois en un court laps de temps, le piège se ferme. La fermeture peut se produire en aussi peu qu'un dixième de seconde », a déclaré Forterre.

« Notre hypothèse est que le piège est déjà mécaniquement chargé avant le déclenchement, un peu comme un ressort. Lorsque le piège est stimulé, les parois cellulaires de la couche épidermique externe se ramollissent rapidement d'environ 30 à 40 pour cent, ce qui signifie que la paroi cellulaire devient plus flexible. Cela libère les contraintes internes stockées dans le tissu et provoque la flexion et la fermeture du piège. Le ramollissement se développe en environ une seconde », a déclaré Forterre.

Lorsque le piège se referme brusquement, l'insecte est scellé à l'intérieur pour la digestion.

« En mesurant directement la mécanique du piège vivant pendant qu'il réagit, nous avons identifié le "moteur" interne qui pousse la feuille au-delà de son seuil d'instabilité et déclenche le flambage par claquement qui la ferme », a déclaré le physicien et auteur principal de l'étude Jeongeun Ryu, qui a travaillé sur l'étude en tant que chercheur postdoctoral au CNRS et à l'Université Aix-Marseille.

Après que la plante a absorbé le liquide riche en nutriments produit par les processus digestifs, le piège s'ouvre à nouveau, laissant derrière lui l'exosquelette vide de l'insecte.

« Ce que je trouve remarquable, c'est que l'évolution n'invente souvent pas de mécanismes entièrement nouveaux, mais réutilise et affine les mécanismes existants. On sait que les plantes modifient les propriétés mécaniques de leurs parois cellulaires pendant leur croissance, mais la dionée attrape-mouche semble pousser ce mécanisme à l'extrême, en l'utilisant sur une échelle de temps d'environ une seconde », a déclaré Forterre.

Il existe environ 800 espèces connues de plantes carnivores. Elles ne sont pas toutes étroitement liées, ce qui indique que le régime carnivore a évolué indépendamment à plusieurs reprises au cours de l'évolution des plantes.

La façon dont la dionée attrape-mouche se referme est un sujet qui a longtemps intéressé les scientifiques, notamment Charles Darwin, le naturaliste du XIXe siècle qui a développé la théorie de l'évolution par sélection naturelle. Les chercheurs voient des applications pratiques potentielles dans leurs découvertes.

« À notre connaissance, c'est la première fois qu'un changement aussi rapide des propriétés mécaniques des parois cellulaires est observé dans une plante », a déclaré Ryu.

« Cela règle une question qui remonte à Darwin — ce qui entraîne l'un des mouvements les plus rapides du règne végétal — et indique une nouvelle façon pour un être vivant de se déplacer : non pas en pompant du liquide ou en s'effondrant simplement, mais en ajustant activement la rigidité de son propre matériau. Ce principe pourrait éventuellement inspirer des robots souples ou des matériaux intelligents, bien que cela reste une perspective à plus long terme », a déclaré Ryu. — Reuters