Le protiste Physarum polycephalum, composé d’une unique cellule contenant des milliers de noyaux, peut recouvrir des surfaces de plusieurs mètres carrés et se déplacer dans son environnement à des vitesses pouvant atteindre cinq centimètres par heure. © FloraFinder.com

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Le blob Physarum : une cellule géante sans cerveau qui apprend

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Par Jean-Luc Goudet, Futura

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Stupéfiant Physarum : cette sorte de cellule géante, sans système nerveux, sait apprendre et se souvenir, comme l'avait montré une équipe du CNRS. Laquelle nous explique maintenant que cet organisme peut aussi transmettre ses connaissances à un congénère. La vie est belle.

On l'appelle blob car on ne sait pas trop comment nommer cette masse colorée qui s'étale en forêt sur plusieurs mètres carrés, recouvrant des branches entières. On dit que c'est un « protiste » car les biologistes, sans bien savoir où le classer, constatent qu'il n'a qu'une cellule. Mais c'est la plus grande du monde et elle possède d'innombrables noyaux. Il a été appelé « myxomycète » - littéralement champignon gélatineux - car son corps est mou. Mais ce n'est pas un champignon. Ni une plante. Ni un animal. Physarum, un genre qui se compose d'un millier d'espèces, c'est... autre chose. D'ailleurs, il n'est pas soit mâle soit femelle mais il a le choix entre 221 sexes, il est immortel et même découpable.

Pour tout savoir sur lui, ne ratez pas cette présentation d'Audrey Dussutour, chercheuse CNRS à l'université Paul Sabatier, à Toulouse, effectuée sur scène pour une conférence TedX, que nous présentons ici. C'est elle, avec son collègue David Vogel, qui avait déjà découvert comment Physarum polycephalum est capable d'apprendre. À force d'entraînement, ces « protistes » traversaient des zones enduites de quinine ou de caféine, des substances qu'ils évitent à l'ordinaire comme évoqué dans l'article plus bas.

Audrey Dussutour, l'un des deux auteurs de cette étude (et qui a aussi étudié le subtil travail des fourmis fourrageuses), présente avec simplicité, fougue et l’aide de Steve McQueen, l’organisme le plus étrange de tous ceux qui nous entourent. © TedX, YouTube

Quand deux blobs fusionnent, l'un enseigne à l'autre

Cette fois, les deux chercheurs sont allés un cran plus loin, comme ils le décrivent dans un article publié dans Proceedings of Royal Society et présenté dans un communiqué du CNRS. Ils ont enseigné à 2.000 blobs qu'ils pouvaient traverser sans danger une surface recouverte de sel, un répulsif pour les Physarum. Ce sont les « expérimentés ». Puis ils ont fusionné ces blobs à deux mille autres qui n'avaient, eux, rien appris. Ce sont les « naïfs ». Les Physarum, en effet, peuvent fusionner pour ne plus former qu'un seul organisme, réunis, dans un premier temps, par un pont. Trois types de paires ont été formées : avec deux expérimentés, un expérimenté et un naïf, deux naïfs.

Résultats : les paires expérimentés-naïfs traversaient allègrement la zone salée, aussi rapidement que les paires expérimentés-expérimentés. L'information sur l'apprentissage semblait donc être passée d'un individu à l'autre après leur fusion. Plus précisément trois heures après la réunion des deux organismes. En effet, pour vérifier ce transfert, les biologistes ont séparé des paires (n'oublions pas qu'un blob peut être découpé à loisir) un certain temps après la fusion. Les naïfs qui avaient eu moins de trois heures de fusion avec un expérimenté évitaient le sel, comme s'ils n'avaient pas appris la leçon.

Un Physarum polycephalum d'une dizaine de centimètres de diamètre, qui a poussé au laboratoire sur un gel d'agar. Cet organisme n'est composé que d'une seule cellule et peut doubler de surface en une journée, fusionner avec un autre ou se fragmenter. © Audrey Dussutour, CNRS

À partir de trois heures, en revanche, les naïfs ne l'étaient plus et n'avaient pas peur du sel. Or, l'observation a montré la formation d'une sorte de veine au niveau de la région de fusion des deux cellules, qui s'opérait, justement, en trois heures. « Quelque chose » passe par là, qui est le support de cette information.

Quel est ce support ? On l'ignore... Ce sera la suite du travail de ces biologistes, qui vont aussi effectuer des apprentissages croisés entre A, qui a appris à ne plus éviter la quinine, et B qui sait maintenant supporter le sel. Les Physarum ont encore des secrets à nous révéler. Et aussi sans doute des idées à nous offrir, puisqu'il y a dix ans, d'autres scientifiques avaient confié à l'un de ces blobs le pilotage d’un robot.

Deux Physarum « expérimentés », ou « habitués » (H), ont fusionné avec un blob « naïf » (N). À droite, l'observation, au moins trois heures plus tard, montre la formation d'un canal entre les deux organismes. © David Vogel
Pour en savoir plus

Surprise : un organisme unicellulaire qui apprend

Article CNRS publié le 1/5/2016

Il n'a pas de cerveau ni aucun système nerveux. Il n'a qu'une seule cellule (géante, tout de même). Ce n'est pas un animal, ni même un champignon ou un végétal. Pourtant, il est capable d'apprendre... Physarum polycephalum a étonné les chercheurs qui, pour la première fois, ont démontré qu'un protiste pratique l'apprentissage, sous une forme nommée habituation. De quoi se poser la question pour d'autres organismes simples comme les virus et les bactéries.

La capacité d'apprentissage et la mémoire sont des éléments clés dans le monde animal. Tirer des leçons de ses expériences et adapter son comportement en conséquence est vital pour un animal qui vit dans un environnement fluctuant et potentiellement dangereux. Cette faculté est généralement considérée comme l'apanage d'organismes dotés d'un cerveau et d'un système nerveux. Pourtant les organismes unicellulaires doivent eux aussi s'adapter au changement. Manifestent-ils des capacités d'apprentissage ? Des bactéries ont certes une faculté d'adaptation, mais elle se produit sur plusieurs générations et relève donc plutôt de l'évolution.

Une équipe de biologistes du Centre de recherches sur la cognition animale (CNRS, Université Toulouse III - Paul Sabatier) a donc cherché à apporter la preuve qu'un organisme unicellulaire pouvait apprendre. Ils ont choisi d'étudier le protiste Physarum polycephalum, une cellule géante, possédant plusieurs noyaux, et classée parmi les myxomycètes, qui vit dans les sous-bois et fait preuve d'étonnantes aptitudes, telles résoudre un labyrinthe, éviter des pièges ou optimiser sa nutrition. En 2006, des chercheurs lui avaient même fait piloter un véhicule hexapode. Mais on savait très peu de choses jusqu'à présent sur sa capacité d'apprentissage.

Lors d'une expérience de neuf jours, les scientifiques ont confronté différents groupes de ce protiste à des substances amères mais inoffensives, qu'ils devaient traverser afin d'atteindre une source de nourriture. Un groupe était ainsi placé devant un « pont » imprégné de quinine, un autre devant un pont de caféine tandis qu'un groupe témoin devait simplement passer sur un pont non imprégné. Au tout début réticents à franchir les substances amères, les protistes ont appris au fil des jours qu'elles étaient inoffensives et les ont traversées de plus en plus rapidement, se comportant au bout de six jours de la même façon que le groupe témoin.

Cette illustration montre comment l’organisme unicellulaire Physarum polycephalum apprend par habituation à ignorer la présence de quinine (substance amère) lors de son trajet vers la nourriture. Les chercheurs ont mesuré la largeur du pseudopode (excroissance de la cellule) utilisé pour rejoindre la nourriture. Un pseudopode étroit est synonyme d’un comportement de répulsion, un pseudopode large représente quant à lui un comportement normal. © Audrey Dussutour (CNRS)

Les êtres vivants ont appris à apprendre avant d'inventer le système nerveux

La cellule a donc appris à ne plus craindre une substance inoffensive après y avoir été confrontée à plusieurs reprises, un phénomène que les scientifiques nomment habituation. Au bout de deux jours sans contact avec la substance amère, le protiste retrouve son comportement initial de méfiance. Par ailleurs, un protiste habitué à la caféine manifeste un comportement de défiance vis-à-vis de la quinine, et inversement. L'habituation est donc bien spécifique à une substance donnée.

L'habituation est une forme d'apprentissage rudimentaire qui a été caractérisée chez l'aplysie (un mollusque gastéropode marin, aussi appelé lièvre de mer). Elle existe chez tous les animaux, mais n'avait encore jamais été trouvée chez un organisme dépourvu de système nerveux. Cette découverte chez un protiste, lointain cousin des plantes, des champignons et des animaux, apparu sur Terre il y a environ 500 millions d'années, permet de mieux comprendre les origines de l'apprentissage, qui précède de loin celles des systèmes nerveux. Elle ouvre également la possibilité de rechercher des types d'apprentissages chez d'autres organismes très simples comme les virus ou les bactéries.

Ces résultats ont été publiés dans la revue Proceedings of the Royal Society B du 27 avril 2016.

Intelligence animale : un bourdon apprend à tirer une ficelle !  Pour les scientifiques, ces images sont surprenantes. Des bourdons ont pu apprendre une technique complexe : tirer sur une corde pour attraper de la nourriture autrement inaccessible (un liquide sucré). Jusque-là, seuls des oiseaux et quelques mammifères étaient censés avoir cette capacité. Mieux, ce savoir-faire a été transmis à d’autres bourdons, qui ont observé leurs congénères savants. L’apprentissage, par un individu et au sein d’un groupe, est donc bien plus répandu dans le monde animal qu’on ne l’imaginait. 

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