Malgré les progrès considérables réalisés dans le domaine des neurosciences au cours des dernières années, certains processus cognitifs et cérébraux demeurent mal connus des scientifiques. C’est le cas de la mémoire, de sa formation à sa dynamique en passant par son stockage et sa malléabilité, de nombreuses zones d’ombres existent. Récemment, une équipe de biologistes allemands a montré qu’une moisissure unicellulaire, Physarum polycephalum, pouvait former et stocker des « souvenirs », alors même qu’elle ne possède pas de système nerveux. Une découverte importante qui devrait en apprendre plus aux chercheurs concernant l’évolution des organismes primitifs et ouvrir également des voies dans le domaine de la biorobotique.
Des chercheurs de l’Institut Max Planck pour la dynamique et l’auto-organisation (MPIDS) et de l’Université technique de Munich (TUM) ont identifié la base de la formation de souvenirs dans la moisissure Physarum polycephalum, malgré son absence de système nerveux. La capacité de stocker et de récupérer des informations confère à un organisme un avantage évident lorsqu’il recherche de la nourriture ou évite les environnements nocifs, et a été traditionnellement lié à des organismes dotés d’un système nerveux.
Une nouvelle étude rédigée par Mirna Kramar (MPIDS) et Karen Alim (TUM et MPIDS) conteste ce point de vue en découvrant les capacités surprenantes d’un organisme unicellulaire hautement dynamique à stocker et à récupérer des informations sur son environnement. La moisissure Physarum polycephalum intrigue les chercheurs depuis de nombreuses décennies. Existant à la croisée des chemins entre les royaumes des animaux, des plantes et des champignons, cet organisme unique donne un aperçu de l’histoire évolutive précoce des eucaryotes.
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Un système mémoriel en l’absence de système nerveux
Son corps est une cellule unique géante composée de tubes interconnectés qui forment des réseaux complexes. Cette seule cellule semblable à une amibe peut s’étendre sur plusieurs centimètres, voire mètres, et constitue la plus grande cellule du monde connue. Sa capacité à résoudre des problèmes complexes tels que la recherche du chemin le plus court à travers un labyrinthe a intrigué la communauté scientifique et suscité des questions sur la prise de décision aux niveaux les plus élémentaires de la vie.
La capacité de décision de Physarum est particulièrement fascinante étant donné que son réseau tubulaire subit constamment une réorganisation rapide — grandissant et désintégrant ses tubes — tout en manquant complètement d’un centre d’organisation. Les chercheurs ont découvert que l’organisme tisse des souvenirs de rencontres alimentaires directement dans l’architecture de son système en réseau et utilise les informations stockées lors de la prise de décisions futures.
« Nous avons suivi le processus de migration et d’alimentation de l’organisme et avons observé une empreinte distincte d’une source de nourriture sur le modèle de tubes plus épais et plus minces du réseau, longtemps après l’alimentation. Compte tenu de la réorganisation hautement dynamique du réseau de P. polycephalum, la persistance de cette empreinte a suscité l’idée que l’architecture du réseau elle-même pourrait servir de mémoire. Cependant, nous devions d’abord expliquer le mécanisme derrière la formation de l’empreinte », déclare Karen Alim.
Une mémoire basée sur l’architecture cellulaire
Pour ce faire, les chercheurs ont combiné des observations microscopiques de l’adaptation du réseau tubulaire avec une modélisation théorique. Une rencontre avec de la nourriture déclenche la libération d’un composé chimique qui se déplace de l’endroit où la nourriture a été trouvée dans tout l’organisme et ramollit les tubes du réseau, poussant la migration de l’organisme vers la nourriture.
« Les événements d’alimentation passés sont intégrés dans la hiérarchie des diamètres des tubes, en particulier dans la disposition des tubes épais et minces dans le réseau. Concernant le transport de la substance chimique impliquée, les tubes épais du réseau agissent comme des autoroutes dans les réseaux de circulation, permettant des transports à travers tout l’organisme. Les rencontres précédentes imprimées dans l’architecture du réseau pèsent dans la décision sur la direction future de la migration », explique Mirna Kramar.
Les auteurs soulignent que la capacité de Physarum à former des souvenirs est intrigante compte tenu de la simplicité de ce réseau vivant. « Il est remarquable que l’organisme repose sur un mécanisme aussi simple et qu’il le contrôle d’une manière aussi précise. Ces résultats présentent une pièce importante du puzzle pour comprendre le comportement de cet ancien organisme et en même temps pointer vers l’universel. Nous envisageons des applications potentielles de nos découvertes dans la conception de matériaux intelligents et la construction de robots souples capables de naviguer dans des environnements complexes », conclut Alim.