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Vidéo de la leçon : Sensibilité chez la plante Mimosa Biologie

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à décrire les réactions d’une plante mimosa au toucher et à l’alternance jour/nuit.

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Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à décrire la forme d’une feuille Mimosa et à identifier les différentes structures qui la composent. Nous verrons comment décrire les réponses d’une plante mimosa, par exemple au toucher, et expliquerons comment la turgescence cellulaire contrôle ces réponses. Enfin, nous étudierons la réponse d’une plante mimosa aux cycles jour/nuit et les avantages évolutifs potentiels qu’elle pourrait conférer à la plante.

C’est l’image d’une plante fascinante et incroyablement sensible appelée Mimosa pudica. La plante mimosa est utilisée traditionnellement pour ses propriétés pharmacologiques depuis des centaines, voire des milliers d’années. Par exemple, elle est connue pour ses propriétés antibactériennes, antidépressives, antivenimeuses et même antiasthmatiques contre de nombreuses maladies et affections. Cependant, dans cette vidéo nous allons découvrir un exemple fantastique de sensibilité chez les plantes, en nous penchant sur la façon impressionnante dont cette plante répond aux stimuli, c’est à dire des changements dans l’environnement interne ou externe de l’organisme.

Le nom du genre Mimosa vient du mot latin signifiant mime, et le nom d’espèce pudica est un mot latin qui signifie pudique ou qui se rétrécit. Son nom scientifique reflète le nom plus commun de la mimosa pudique, «la sensitive», qui décrit comment elle se replie ou s’affaisse en quelques secondes en réponse à des stimuli tels que le fait d’être touchée ou secouée, ou même à des stimuli comme la chaleur. Même les conditions de la nuit peuvent inciter les folioles de Mimosa pudica à se fermer périodiquement dans un cycle jour-nuit d’ouverture et de fermeture. Fait intéressant, au Japon, Mimosa pudica est appelé l’herbe qui s’incline, et certains sont convaincus que cette plante est capable de prédire les catastrophes naturelles car elles fermeraient soi-disant leurs folioles juste avant d’importants tremblements de terre.

Dans cette image, nous pouvons voir quelques-unes des jolies fleurs roses que Mimosa pudica peut produire. Mais commençons par examiner la structure distincte des feuilles de Mimosa pudica, afin de mieux comprendre comment elles peuvent réagir à ces stimuli. Les feuilles des plantes de mimosa sont des feuilles composées. Cela signifie que chaque feuille, comme dans ce dessin, est composée de plusieurs folioles distinctes. La tige de la feuille, appelée le pétiole, se ramifie en plusieurs extensions appelées rachis qui porte chacun une foliole distincte.

Dans cette feuille, vous pouvez voir que le pétiole se divise en quatre rachis. Les multiples petites structures ressemblant à des feuilles que vous pouvez voir attachées à chaque rachis sont appelées des pinnules. Chaque rachis et ses pinnules forment une unique penne, parfois appelée foliole. Dans cette feuille composée, il y a donc quatre pennes ou folioles attachées à un seul pétiole. Donc, ce type de feuille s’appelle une feuille composée pennée.

En résumé, chaque feuille de mimosa se compose donc d’un seul pétiole et de quatre pennes, chacune ayant plusieurs pinnules attachées à un rachis. Les feuilles des plantes mimosa ont des structures semblables à des articulations appelées pulvini. Et vous pouvez voir un pulvinus indiqué à l’endroit où le pétiole se divise en rachis. La classification spécifique de ces pulvini dépend de l’endroit où ils se trouvent. Voyons donc une vue élargie de l’ensemble de la plante pour mieux visualiser tout cela.

Un pulvinus est une structure gonflée semblable à une articulation située à la base d’une feuille, d’une foliole ou d’un pétiole, qui est responsable du mouvement des feuilles en réponse aux stimuli. Certaines des structures clés que nous avons examinées précédemment sont légendées sur ce schéma. Les pulvini primaires se situent à la ramification de la tige en pétiole . Les pulvini secondaires, que nous avons vu dans la légende de la figure précédente, se situent à l’endroit où chaque pétiole se divise en rachis. En zoomant sur une section de cette foliole, nous pouvons voir de plus près une partie du rachis et deux des pinnules en coupe transversale. Nous pouvons également voir plus distinctement l’apparence gonflée des pulvini, et les pulvini tertiaires qui se situent à l’endroit de chaque rachis où les pinnules se ramifient.

Tous les pulvini primaires, secondaires et tertiaires de la plante mimosa sont organisés de la même manière, chacun étant divisé en deux moitiés. La région sur la moitié supérieure de la foliole est constituée de cellules appelées cellules extensor, indiquées ici en rose. La moitié inférieure du pulvinus, orientée vers le bas sur la face interne de la foliole, est composée de cellules appelées cellules flexor. Mais comment ces pulvini permettent-ils aux folioles de se fermer et aux pétioles de se plier si rapidement en réponse à certains stimuli?

Regardons de plus près un pulvinus tertiaire pour comprendre le mécanisme responsable de ces mouvements. Pendant la journée ou en l’absence de contact ou de chaleur, les pinnules sont maintenues ouvertes avec un angle maximal aussi proche de l’horizontale que possible, comme nous pouvons le voir sur la figure ici. La nuit ou lorsque la plante est touchée, chauffée ou secouée, les pinnules se referment ou se replient, et les rachis et le pétiole s’inclinent également vers le bas, comme nous pouvons le voir sur la figure de droite.

Voyons plus en détail ce qui se passe dans les cellules des pulvini lors de ce mouvement. Le schéma simple au centre de l’écran montre une cellule de plante typique. Comme toutes les cellules végétales, les cellules des pulvini de mimosa contiennent de l’eau dans une grande vacuole centrale, ici colorée en bleu. Cette eau donne aux cellules leur forme et leur structure. Et c’est en modifiant ce volume d’eau que les cellules végétales peuvent changer cette forme. Par exemple, cette cellule au centre est turgescente puisqu’elle est pleine d’eau, ce qui exerce une pression de turgescence sur la membrane cellulaire. La cellule apparait ainsi large ou gonflée.

Lorsque les cellules turgescentes perdent de l’eau, la membrane cellulaire se décolle de la paroi cellulaire et les cellules se rétrécissent. Lorsque cela se produit à grande échelle dans une plante, leurs tissus sont considérés comme flasques, ce qui provoque le flétrissement de la plante. Lorsque les cellules des pulvini ne sont pas perturbées, comme celles de la plante de gauche, les cellules flexor sont moins turgescentes que les cellules extensor. Dans cet état, les pinnules restent ouvertes.

Mais le mimosa peut modifier le niveau de turgescence dans les cellules de flexion et d’extension. Il existe une théorie largement acceptée qui pourrait expliquer comment les pinnules de mimosa se ferment en réponse au toucher. La stimulation mécanique d’une pinnule touchée est reconnue par la plante qui la convertie en un signal électrique qui se propage. Ce signal se propage jusqu’aux pulvini.

Examinons étape par étape l’effet de ce signal électrique sur les cellules flexor et extensor des pulvini. Le signal électrique stimule les ions comme le potassium et le chlorure à s’écouler des cellules extensor via les canaux indiqués en orange. Cela diminue la concentration en ions dans ces cellules d’extension, ce qui augmente leur potentiel hydrique par rapport aux cellules de flexion; ces cellules d’extension ont donc plus de molécules d’eau libres qui peuvent sortir par osmose.

Ainsi, les molécules d’eau, qui sont représentées en bleu, s’écoulent rapidement par osmose à partir des cellules extensor, qui ont un potentiel hydrique plus élevé, vers les cellules flexor, qui ont un potentiel hydrique plus faible. Comme les cellules extensor ont perdu de l’eau en faveur des cellules flexor dans la plante qui a été dérangée, le potentiel hydrique des cellules extensor diminue. Ainsi, les cellules extensor perdent une partie de leur pression de turgescence et la turgescence diminue. En revanche, les cellules flexor ont maintenant un potentiel hydrique plus élevé, et l’eau exerce donc une pression de turgescence plus forte sur leur membrane cellulaire que dans les cellules extensor. Vous pouvez voir cette variation de la turgescence des deux types de cellule dans le schéma ici.

Nous pouvons également voir que ce changement de turgescence des cellules d’extension et de flexion pousse le pulvinus à agir comme une structure semblable à une articulation en faisant replier les folioles. À mesure que le signal se propage, les extenseurs dans les pulvini secondaires, puis dans les pulvini primaires, perdent également de la pression de turgescence, ce qui provoque l’affaissement du pétiole vers le bas.

Ce mouvement que nous venons de décrire est un exemple de nastie chez une plante. La nastie est le terme général pour décrire une réponse à un stimulus non directionnelle et indépendante de la direction du stimulus. Cela signifie que dans le cas du mimosa, quelle que soit la direction du stimulus tactile, les pinnules du mimosa se replient toujours de la même manière, et ses pétioles s’affaissent toujours vers le bas. Plus spécifiquement, ce mouvement non directionnel d’une plante en réponse au toucher que nous venons d’explorer s’appelle la thigmonastie, qui vient du mot grec thigmo signifiant toucher.

La nyctinastie est une autre nastie effectuée par les plantes de mimosa, également appelée mouvement de veille et de sommeil, qui dérive du mot grec pour nuit car il s’agit d’un mouvement des feuilles en réponse aux cycles jour-nuit.

Les feuilles de mimosa sont sensibles au commencement de la nuit. En journée, les pinnules sont ouvertes. La nuit, la faible intensité lumineuse et la baisse de température sont détectées par la plante et converties en un signal électrique. Celui-ci est envoyé le long des pinnules de la plante, ce qui les ferme, et le long des pétioles, ce qui les fait s’affaisser probablement par le même mécanisme de perte d’eau que dans la réponse de thigmonastie.

Lorsque le soleil se lève à nouveau, l’intensité de la lumière et la température ont tendance à augmenter de nouveau, et les pinnules s’ouvrent. C’est pourquoi ce processus s’appelle le cycle jour-nuit.

Les scientifiques n’ont pas entièrement élucidés les raisons pour lesquelles les plantes mimosa ferment leurs feuilles la nuit, mais réfléchissons à la fonction principale des feuilles pour déduire l’avantage évolutif possible de la nyctinastie. En ouvrant les pinnules en journée, les parties photosynthétiques de la plante peuvent capturer le maximum de lumière possible. Cela signifie qu’elles peuvent effectuer la photosynthèse à un rythme suffisamment élevé pour survivre et bien pousser. La photosynthèse ne peut pas se produire sans lumière, il n’y a donc aucune raison de garder les pinnules ouvertes la nuit, mais pourquoi Mimosa pudica prend-t-elle la peine de dépenser de l’énergie pour les fermer?

La fermeture des pinnules la nuit peut éviter d’endommager la plante, car leur ouverture les exposerait aux herbivores affamés et aux conditions météorologiques extrêmes. Elle peut même aider le mimosa à conserver son eau. Le cycle quotidien d’ouverture et de fermeture des pinnules est gourmand en énergie, mais il pourrait aider la plante à survivre à long terme. L’évolution de la réponse de thigmonastie chez le mimosa procure aussi certainement l’avantage de protection contre les herbivores . Lorsqu’un herbivore potentiel touche une plante ou d’autres plantes à proximité, ses pinnules se ferment et rendent le mimosa plus petit, plus flétri et moins attrayant pour ces herbivores, les décourageant ainsi de consommer la plante et, par conséquent, de la tuer.

Le déclenchement de la thigmonastie peut également servir à déloger les insectes tentant de s’asseoir sur les feuilles et même de les consommer.

Voyons ce que nous avons appris sur la sensibilité du mimosa en essayant de répondre à une question d’entraînement.

Complétez la phrase suivante: le repliement et l’ouverture des folioles du mimosa dépendent des variations de turgescence.

Abordons cette question en utilisant ce que nous savons déjà du mot turgescence et de son implication dans le repliement et l’ouverture des folioles du mimosa. Toutes les cellules végétales, comme celle illustrée dans ce schéma simple, contiennent de l’eau. La pression exercée par l’eau sur la membrane plasmique de chaque cellule aide à maintenir la forme et la rigidité de la cellule. Elle permet à la plante de rester debout et aux folioles du mimosa de rester ouvertes. La pression qui est exercée par l’eau sur la membrane cellulaire est appelée pression de turgescence et permet à certaines cellules de cette foliole de rester turgescentes.

Quand une foliole est touchée, cette simulation mécanique est reconnue par les plantes et est convertie en un signal électrique. Une foliole a des petites structures distinctes et semblables à une feuille appelées pinnules. Agrandissons deux pinnules à l’endroit où elles sont liées pour voir comment le changement de la pression de turgescence dans certaines cellules peut provoquer la fermeture de ces folioles. Dans le schéma de gauche, vous pouvez voir deux pinnules à la base des folioles et des pulvini, qui forment des structures gonflées ressemblant à des articulations. Les changements dans la pression de turgescence de certaines cellules au niveau des pulvini permettent aux folioles de s’ouvrir et de se fermer.

Alors effaçons certaines de ces notes afin de regarder de plus près. Les cellules de la moitié supérieure de chaque pulvinus sont appelées cellules extensor, indiquées ici en rose. Et les cellules du côté inférieur de chaque pulvinus sont appelées cellules flexor et ont été marquées, ici, en bleu. Vous avez peut-être remarqué que les cellules flexor semblent moins turgescentes que les cellules extensor. Elles ont un potentiel hydrique légèrement inférieur et, donc, une pression de turgescence légèrement plus faible. Cela maintient les folioles ouvertes.

Cependant, lorsqu’un signal électrique arrive au niveau des pulvini, des ions sortent des cellules d’extension. Cela augmente le potentiel hydrique des cellules extensor, l’eau s’écoule alors des cellules extensor vers les cellules flexor qui ont un potentiel hydrique plus faible. Cela augmente la pression de turgescence dans les cellules de flexion mais la diminue dans les cellules d’extension, puisqu’elles contiennent moins d’eau. Les changements de pression de turgescence des cellules flexor et des cellules extensor provoquent une modification de leur forme. Ainsi, les cellules de flexion deviennent plus larges et plus turgescentes, tandis que les cellules d’extension rétrécissent et deviennent moins turgescentes. Cela provoque le repliement temporaire des pinnules vers le haut et la fermeture de la foliole.

Par conséquent, le repliement et l’ouverture des folioles de mimosa dépendent des variations de la pression de turgescence.

Résumons ce que nous avons appris sur la sensibilité du mimosa avec les points clés de cette vidéo. Les feuilles des plantes mimosa sont décrites comme composées pennées car elles se composent de multiples folioles distinctes appelées pennes, ramifiées à partir d’un seul pétiole. Nous avons appris comment la plante Mimosa pudica peut replier ses folioles et s’affaisser lorsqu’elle est stimulée par le toucher, la chaleur ou même par la tombée de la nuit. Le mouvement non directionnel en réponse au toucher s’appelle la thigmonastie et les cycles jour-nuit sont appelés nyctinastie ou mouvement de veille et de sommeil. Ces réponses que présente le mimosa sont le résultat de changements dans la pression de turgescence des cellules dans des structures ressemblant à des articulations appelées pulvini et situées à la base de chacune de leurs folioles et de leurs pétioles.

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