Quand un attrape-mouche de Vénus claque ses lobes charnus autour d’un insecte sans méfiance, c’est fini pour la proie. L’habitude inhabituelle de la plante de grignoter des animaux a captivé l’imagination des gens, de Charles Darwin au dramaturge Howard Ashman en passant par le compositeur Alan Menken (ces deux derniers créant la comédie musicale de 1982). Petite boutique des horreurs, dans laquelle une plante mangeuse d’hommes joue le rôle principal). Aujourd’hui, des scientifiques ont exploité la puissance du piège à mouches dans une expérience qui semble tout droit sortie d’un roman de science-fiction : ils ont mis au point une méthode pour déclencher leur piège à l’aide de neurones artificiels mous et semi-organiques.
« L’objectif global de notre recherche est d’essayer de développer des dispositifs capables d’imiter le fonctionnement des éléments constitutifs de notre corps », explique Simone Fabiano, co-auteur de l’étude et chercheuse en nanoélectronique organique à l’Université de Linköping en Suède. Le piège à mouches Venus fournit un terrain d’essai efficace pour une interface entre les êtres vivants et l’électronique qui, espère Fabiano et son équipe, pourrait un jour conduire à des biocapteurs entièrement intégrés pour surveiller la santé humaine – ou une meilleure interface pour que les humains utilisent des dispositifs prothétiques avancés avec leurs membres pour contrôler les nerfs. Les résultats ont été publiés dans Nature Communications la semaine dernière.
Ce n’est pas la première fois que des scientifiques vérifient un attrape-mouche de Vénus. Alexander Volkov de l’Université d’Oakwood fait des recherches sur l’électrophysiologie des plantes – et des attrape-mouches de Vénus en particulier – depuis des décennies. En 2007, lui et son laboratoire ont attaché des fils d’argent au mécanisme d’encliquetage d’un attrape-mouche et ont fait passer un courant électrique à travers le système, fermant les lobes.
De telles expériences fonctionnent parce que le mouvement est contrôlé par un appareil similaire au système nerveux d’un animal. Dans le piège à mouches, le phloème – le tissu qui transporte les nutriments dans une plante – contient des canaux ioniques qui permettent aux particules chargées de circuler. Cela provoque la fermeture des lobes de la plante, un peu comme des charges électriques circulent le long des nerfs d’un animal pour envoyer des commandes à ses muscles. Cependant, il existe des différences essentielles entre les deux systèmes. « Dans les attrape-mouches de Vénus, le calcium atténue la [electrical] réponse, alors que chez les animaux, il s’agit généralement de sodium », explique Swetha Murthy, biochimiste à l’Oregon Health & Science University qui travaille également avec les attrape-mouches de Vénus mais n’a pas participé à la nouvelle étude. De plus, les membranes végétales sont hyperpolarisées par rapport aux neurones animaux. Cela signifie que les scientifiques doivent utiliser une puissance supplémentaire pour évoquer une réaction dans le piège à mouches de Vénus. Ils le font en incorporant des ions chlorure chargés dans leur appareil électronique.
Malgré ces différences, la taille du canal ionique d’un attrape-mouche de Vénus en fait un bon modèle pour tester l’activité nerveuse. « C’est facile à mesurer dans les expériences », explique Volkov. Et le grand mouvement de fermeture du piège en forme de palourde est un signe évident que le signal est passé. De plus, il y a moins de considérations éthiques lorsqu’il s’agit d’utiliser des plantes que des animaux en laboratoire.
Pour fermer leur attrape-mouche, Fabiano et ses collègues ont construit un appareil électronique semblable à un neurone. Ils ont commencé à sérigraphier des électrodes de carbone et de chlorure d’argent sur une base en polyester. « Vous l’utilisez pour imprimer des étiquettes sur des T-shirts », explique Fabiano. « C’est une façon très, très simple de fabriquer de l’électronique. » Ensuite, ils ont attaché les électrodes aux lobes et à la nervure médiane (ou pli) du piège à plantes et ont fait passer un courant dans le système – d’abord à haute fréquence, puis à basse fréquence. la fréquence. Ils ont constaté que la haute fréquence provoquait une réponse rapide, mais que la basse fréquence n’était pas suffisante pour fermer le piège.
Cette configuration était quelque peu similaire au travail original de Volkov et aux recherches antérieures sur les neurones artificiels, mais différait de quelques manières clés. D’une part, il n’utilisait pas de silicium, un composant rigide et relativement coûteux de la plupart des autres neurones artificiels. Et contrairement aux études précédentes sur les pièges à mouches de Vénus, il imitait la structure d’un vrai neurone en incluant un petit espace pour que les ions puissent sauter (connu sous le nom de synapse dans une vraie cellule nerveuse) dans les électrodes sérigraphiées.
S’il considère les résultats de son équipe comme encourageants, Fabiano reconnaît que le système n’est pas encore prêt à se connecter aux cellules humaines. « Nous avons encore quelques ordres de grandeur devant nous avant de pouvoir atteindre l’efficacité énergétique de nos neurones biologiques », dit-il. Une fois que le neurone artificiel devient plus efficace, dit-il, cette technologie pourrait potentiellement être utilisée pour créer une connexion entre les nerfs de signalisation d’une personne et un membre artificiel, permettant un contrôle prothétique transparent.
Volkov n’est pas convaincu que la nouvelle recherche représente une véritable percée. De nombreux chercheurs ont développé des systèmes qui s’interfacent avec les plantes, dit-il. « Certaines personnes ont fermé les attrape-mouches de Vénus via un smartphone », ajoute Volkov. Compte tenu de la différence de physiologie végétale et animale, il ne sait pas si le système pourrait être traduit en vrais neurones contrôlant un appareil externe.
Murthy est plus optimiste. « Je pense que cette étude offre un fort potentiel pour le développement et l’intégration de dispositifs implantables en tant que biocapteurs », dit-elle. « C’est une expérience de preuve de principe. »