Une plante carnivore capable de générer un champ magnétique

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| Wikimedia Commons

Caractérisée pour la première fois en 1768, la Dionée attrape-mouche (Dionaea muscipula) est sans doute l’une des plantes carnivores les plus connues. Pour attirer les insectes dont elle se nourrit, la plante dégage une odeur spécifique et referme son piège en une fraction de seconde dès que sa proie pose ses pattes dans l’une de ses « mâchoires » végétales. Cette plante a toujours fasciné les botanistes et aujourd’hui, ils ont découvert une autre propriété étonnante : la Dionée attrape-mouche génère des champs magnétiques mesurables lorsqu’elle referme ses pièges.

Ce n’est pas la première fois que des scientifiques s’intéressent au biomagnétisme des plantes. En 2011, des physiciens de l’Université de Californie à Berkeley ont tenté de détecter un champ magnétique autour de l’Arum titan (Amorphophallus titanum), aussi appelé « phallus de titan », dont l’inflorescence est l’une des plus hautes du monde et dont la fleur dégage une odeur pestilentielle. Pour cela, ils ont utilisé des instruments de pointe, capables de détecter les fluctuations magnétiques les plus infimes.

Cependant, ils n’ont détecté aucun champ magnétique plus élevé que l’équivalent d’un millionième du champ magnétique terrestre. L’expérience a donc été considérée à l’époque comme un échec. Les auteurs avaient alors déclaré qu’il serait peut-être intéressant de réitérer l’expérience sur une plante plus petite. C’est exactement ce qu’a entrepris de faire une équipe de chercheurs allemands, avec la Dionée attrape-mouche. Et cette fois-ci, l’expérience s’avère concluante.

Les plantes génèrent des champs magnétiques, tout comme les animaux

Il est bien connu que lors de la stimulation, les plantes créent des signaux électriques qui peuvent voyager dans un réseau cellulaire analogue au système nerveux animal. Ces voies de signalisation électrique sont impliquées dans la réception et la transduction de stimuli externes tels que la lumière, la température, le toucher, la blessure et les produits chimiques. Par ailleurs, le biomagnétisme est aujourd’hui largement étudié chez les animaux : l’activité de leur cœur et de leur cerveau produit notamment de minuscules champs magnétiques qui peuvent être mesurés par des magnétomètres sensibles. « En principe, il ne devrait pas y avoir de différence fondamentale entre les animaux et les plantes à cet égard », déclarait Dmitry Budker, physicien de l’UC Berkeley, qui a dirigé l’étude de 2011. Reste à savoir quelles plantes pourraient produire les champs magnétiques les plus élevés…

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La Dionée attrape-mouche semblait être une bonne candidate. Lorsque cette plante referme son piège, des signaux électriques appelés « potentiels d’action » déclenchent la fermeture des lobes des feuilles. Or, il se trouve que ces signaux électriques génèrent des champs magnétiques mesurables. « Le problème est que les signaux magnétiques dans les plantes sont très faibles, ce qui explique pourquoi il était extrêmement difficile de les mesurer à l’aide de technologies plus anciennes », explique Anne Fabricant, physicienne à l’Institut Helmholtz.

Le peu d’expériences qui ont été réalisées par le passé sur le biomagnétisme du règne végétal a impliqué l’usage de magnétomètres à dispositif supraconducteur à interférence quantique (SQUID), des instruments encombrants qui doivent être refroidis à des températures cryogéniques. L’usage de magnétomètres atomiques a permis de simplifier les mesures. Le capteur de l’appareil est une cellule de verre remplie d’une vapeur d’atomes alcalins, qui réagissent à de petits changements dans l’environnement du champ magnétique local. Ces magnétomètres à pompage optique sont plus intéressants pour les applications biologiques, car ils ne nécessitent pas de refroidissement cryogénique et peuvent également être miniaturisés.

Vers une technique non invasive de diagnostic pour les plantes

Le piège de Dionaea muscipula est constitué de feuilles bilobées à poils sensibles qui, lorsqu’on les touche, déclenchent un potentiel d’action qui se propage dans tout le piège. Après deux stimuli successifs, le piège se referme en une fraction de seconde et toute proie potentielle est enfermée à l’intérieur, puis digérée. À noter que le piège peut être excité électriquement de différentes manières : outre les influences mécaniques telles que le toucher ou les blessures, l’énergie osmotique, par exemple les charges d’eau salée, et l’énergie thermique (via un changement brutal de température) peuvent également déclencher des potentiels d’action. Dans le cadre de cette étude, les chercheurs ont utilisé la stimulation thermique pour induire des potentiels d’action, car l’activation mécanique était susceptible de provoquer des bruits indésirables dans les enregistrements électriques et magnétiques.

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Mesures électriques des potentiels d’action induits par la chaleur. (A) D. muscipula avec pince montée sur le lobe d’un piège, équipée d’un dispositif Peltier et d’une électrode de tension de surface. Une électrode de terre est placée dans le sol entourant la racine de la plante. (B) Dépendance à la température de la probabilité du déclenchement d’un potentiel d’action. À T ≳ 34 °C, le taux de Ca2+ est suffisant pour ouvrir un nombre critique de canaux anioniques, entraînant la phase de dépolarisation rapide du potentiel d’action. © A. Fabricant et al.

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Les chercheurs ont détecté des signaux magnétiques provenant de la plante d’une amplitude allant jusqu’à 0,5 picotesla (10-12 tesla), soit des signaux qui sont des millions de fois plus faibles que le champ magnétique terrestre. « L’amplitude du signal enregistré est similaire à ce qui est observé lors des mesures de surface de l’influx nerveux chez les animaux », précise Anne Fabricant. Les physiciens ont désormais pour objectif de mesurer des signaux encore plus faibles, provenant d’autres espèces végétales.

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Potentiel d’action moyen et signaux magnétiques correspondants. © A. Fabricant et al.

Dans le cerveau humain, les changements de tension dans certaines régions résultent d’une activité électrique concertée qui traverse les cellules nerveuses sous forme de potentiels d’action. Des techniques telles que l’électroencéphalographie (EEG), la magnétoencéphalographie (MEG) et l’imagerie par résonance magnétique (IRM) peuvent être utilisées pour enregistrer ces activités et diagnostiquer les troubles de manière non invasive. Cette nouvelle étude laisse penser qu’il serait possible d’envisager de faire de même avec les plantes : ces technologies non invasives pourraient ainsi être utilisées en agriculture pour le diagnostic des cultures, en détectant les réponses électromagnétiques aux changements soudains de température, aux parasites ou aux influences chimiques, sans avoir à endommager les plantes elles-mêmes via l’usage d’électrodes.

Cette découverte surprenante apporte également de nouveaux éléments sur la façon dont les végétaux communiquent, en interne et en externe, via le magnétisme, un mode de communication que les scientifiques commencent tout juste à explorer. « À l’avenir, la magnétométrie pourrait être utilisée pour étudier la signalisation électrique à longue distance dans une variété d’espèces végétales, et pour développer des diagnostics non invasifs du stress et des maladies des plantes », concluent les auteurs de l’étude.

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Source : Scientific reports, A. Fabricant et al.

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