Le piège à mouches Vénus (Dionée muscipula) est l’une des plantes carnivores les plus surprenantes du monde végétal, appartenant à la famille des Droséracées. Appuyez simplement deux fois sur i poils fins présents à l’intérieur du piège pourquoi tu craques soudainement, fermeture dans quelques dixièmes de secondepiégeant ses proies. Un article récent publié dans le magazine Science, propose un nouveau mécanisme pour expliquer la fermeture très rapide des « mâchoires » de cette plante carnivore. En fait, son comportement intrigue les botanistes et les physiologistes des plantes depuis des décennies, car la plante est dépourvu de muscles et un système nerveux, mais il se déplace à une vitesse très élevée. Longtemps remise en question de l’hypothèse la plus accréditée mouvement rapide de l’eau dans les tissus foliaires. Peu de temps après le stimulus, les parois cellulaires situées sur la face extérieure du piège s’effondrent. ils adoucissent soudainement, en quelques secondes. Cette rupture soudaine provoque la flexion des lobes vers l’intérieur et amène le piège au bord de l’instabilité : une fois un seuil dépassé, la forme en coquille de la feuille libère d’un seul coup l’énergie élastique accumulée, transformant un mouvement lent en un mouvement lent. tir ultra-rapide.
Les feuilles de Dionée ils sont devenus des pièges à animaux
Dans le piège à mouches de Vénus (Dionée muscipula) l’évolution a modifié les feuilles dans des structures capables d’attraper des petits animaux. Chaque piège est composé de deux moitiés (lobes) rejoint au centre. Sur la face interne de chaque lobe se trouvent des poils sensibles : si on les touche deux fois en peu de temps, des impulsions électriques se propagent à l’intérieur de la plante qui précèdent la fermeture. Le mouvement est extrêmement rapide : dans les pièges intacts étudiés par les chercheurs, le passage de la position ouverte à la position fermée se produit en 0,21 seconde environ. On sait depuis un certain temps que formulaire du piège joue un rôle fondamental. les lobes ont une forme légèrement incurvée, une géométrie capable de stocker l’énergie élastique et de la libérer brusquement. Restait cependant à comprendre ce que le mécanisme était capable de faire. démarrer le mouvement.
L’eau coule trop lentement
Pendant des décennies, les chercheurs ont émis l’hypothèse que la fermeture était due à mouvements rapides de l’eau d’un côté à l’autre de la feuille. Pour tester cela, les chercheurs ont directement mesuré la rapidité avec laquelle l’eau peut se déplacer à l’intérieur des cellules du piège. À l’aide d’une sonde de pression cellulaire spéciale, ils ont déterminé que Il faut environ 3,7 secondes à l’eau pour traverser une seule grande cellule. En étendant le calcul à toute l’épaisseur du vantail, le temps nécessaire s’élève à une valeur comprise entre 30 et 150 secondes.
Ils ont exécuté un autre essai sur tout le tissu. Ils ont plongé quelques fragments du piège dans des solutions contenant concentration différente de substances dissoutes. En raison de la différence de concentration entre la solution et les tissus de la feuille, l’eau pénètre dans les cellules par osmose, les faisant gonfler et gonflant également les tissus. En regardant combien de temps ces fragments ont mis à se pencher pour le gonflement après changement de solution, ils ont calculé que l’eau traverse les tissus en 38 secondes environ.
Mais ce sont des moments ne coïncide pas avec la vitesse de déplacement du piège, ce qui se produit en quelques dixièmes de seconde ! La différence est trop grande attribuer le rôle de principal moteur de la fermeture au mouvement de l’eau. Il fallait donc chercher ailleurs la cause de l’éclat.
Le ramollissement soudain des parois cellulaires de l’épiderme
L’attention des chercheurs s’est portée sur une autre structure des cellules végétales : la paroi cellulaire. Chaque cellule végétale est entourée de ceci mur extérieur rigide et robuste qui lui assure un appui, limite ses déformations : c’est en grande partie cette paroi qui détermine la résistance et comportement mécanique des tissus végétaux. Les cellules végétales les plus externes constituentépidermeun tissu qui recouvre la surface du piège. Ayant deux faces, chaque lobe du piège à mouches Vénus possède unépiderme interne et externe.
Pour mesurer la rigidité du tissu, les chercheurs ont utilisé une technique appelée nanoindentation: en pratique, une pointe microscopique est placée à la surface de la cellule (ou du tissu dans notre cas) et elle est légèrement enfoncée vers l’intérieur, mesurant la force nécessaire pour la déformer. Plus la force nécessaire est importante, plus la cellule est rigide.
Dans l’étude, après activation du piège, les cellules de l’épiderme interne n’ont montré aucun changement significatif. Ceux duépiderme externeau lieu de cela, ils sont devenus beaucoup plus doux : leur rigidité moyenne est tombée à environ 69 % de la valeur initiale, tandis que celle de la couche interne est restée pratiquement inchangéeenviron 98%.
Le mur se ramollit sans perte de pression interne
D’où ça vient ? diminution de la raideur ? La première hypothèse concerne le pression de turgescence : l’eau à l’intérieur des cellules végétales les maintient gonflées et tendues, et c’est la même force qui maintient les feuilles et les tiges rigides. La réduction de rigidité observée dans les expériences pourrait simplement être due à un perte de cette pression. Pour tester cette théorie, les auteurs ont étudié forme des cellules avant et après activation du piège. Ils ont observé qu’après activation, la surface externe des cellules sont devenues environ 8 % plus proéminentes. Si la pression interne avait chuté, la surface ça aurait moins gonflé; le fait qu’il dépasse davantage n’est compatible qu’avec un ramollissement de la paroi cellulaire, sans perte de pression interne. En d’autres termes : le mur se « ramollissait ».
Des simulations numériques ont permis d’estimer certains paramètres décrivant le comportement mécanique des tissus, tels que forme de Jeunequi mesure le rigidité d’un matériau : plus il est élevé, plus le matériau est rigide et difficile à déformer. Après activation du piège, le module d’Young de la paroi cellulairel’épiderme externe a diminué d’environ 40 %signe de murs nettement moins rigides : plus souples, en fait.
La paroi externe étant ramollie mais la pression interne restant la même, les cellules de la face externe ils se dilatent plus facilement que les internesest resté rigide. Puisque ses faces sont attachées, lorsque les cellules de l’épiderme externe s’étirent, elles génèrent un déformation de toute la structuresuffisamment pour que le piège se plie vers l’intérieur, piégeant sa proie.
Séparez le moteur du « clic » du piège
Pour le confirmer, les auteurs ont tenté de distinguer le mouvement des lobes du clic final de fermeture. Ils ont coupé les pièges en fines bandes, éliminant ainsi leur forme incurvée en forme de ressort. Dans ces conditions, la plante a continué à réagir aux stimuli, mais le mouvement a entraîné beaucoup plus lent. La fermeture ne nécessite plus quelques dixièmes de seconde, mais plutôt environ 3 secondes. Une deuxième expérience, réalisée en bloquant l’ouverture du piège et en mesurant les forces développées lors de l’activation, a fourni un résultat similaire : le processus interne responsable du mouvement de fermeture dure environ 3 à 4 secondes.
Selon les auteurs, cela confirme que l’éclair normalement observé est le résultat de deux phases d’un même processus : un changement relativement lent qui se produit dans les tissus et un libération soudaine ultérieure de l’énergie élastique accumulée.
Le groupe de recherche a également développé une technique qui permet suivre l’évolution de la rigidité cellulaire au fur et à mesure de l’activation du piège. Les données recueillies indiquent que le ramollissement des parois apparaît presque immédiatement, en quelques secondes, et précède une grande partie du mouvement du piège. Ce timing coïncide presque parfaitement avec celui du mouvement actif observé dans les autres expériences. Selon les auteurs, cela indique clairement que le ramollissement de la paroi cellulaire représente le véritable moteur de clôture.