Imaginez que vous marchez dans une forêt et que vous roulez sur une bûche avec votre pied. Sur sa face inférieure s’étale quelque chose d’humide et de jaune – un peu comme quelque chose que vous avez peut-être éternué… si ce quelque chose était jaune banane et s’éventait en élégantes branches fractales.
Ce que vous verriez est la forme plasmodium de Physarum polycephalum, la moisissure visqueuse à plusieurs têtes. Comme d’autres myxomycètes trouvés dans la nature, il remplit un rôle écologique important, aidant à la décomposition de la matière organique pour la recycler dans le réseau trophique.
Ce petit organisme bizarre n’a pas de cerveau, ni de système nerveux ; son corps tacheté et jaune vif n’est qu’une cellule. Cette espèce de moisissure visqueuse a prospéré, plus ou moins inchangée, pendant un milliard d’années dans ses habitats humides et en décomposition.
Et, au cours de la dernière décennie, cela a changé notre façon de penser à la cognition et à la résolution de problèmes.
“Je pense que c’est le même genre de révolution qui s’est produite lorsque les gens ont réalisé que les plantes pouvaient communiquer entre elles”, a déclaré la biologiste Audrey Dussutour du Centre national de la recherche scientifique.
“Même ces tout petits microbes peuvent apprendre. Cela vous donne un peu d’humilité.”
P. polycephalum dans son habitat naturel. (Kay Dee/iNaturalist, CC BY-NC)
P. polycephalum – adorablement surnommé “The Blob” par Dussutour – n’est pas vraiment rare. Il peut être trouvé dans des environnements sombres, humides et frais comme la litière de feuilles sur un sol forestier. C’est aussi vraiment particulier; bien que nous l’appelions une «moisissure», ce n’est pas réellement un champignon. Ce n’est pas non plus un animal ou une plante, mais un membre du royaume des protistes – une sorte de groupe fourre-tout pour tout ce qui ne peut pas être clairement classé dans les trois autres royaumes.
Il commence sa vie sous forme de plusieurs cellules individuelles, chacune avec un seul noyau. Ensuite, ils fusionnent pour former le plasmodium, le stade de vie végétatif dans lequel l’organisme se nourrit et se développe.
Sous cette forme, se déployant en veines pour chercher de la nourriture et explorer son environnement, c’est toujours une cellule unique, mais contenant des millions voire des milliards de noyaux nageant dans le liquide cytoplasmique confiné dans la membrane jaune vif.
Cognition sans cerveau
Comme tous les organismes, P. polycephalum doit être capable de prendre des décisions concernant son environnement. Il a besoin de chercher de la nourriture et d’éviter le danger. Il lui faut trouver les conditions idéales pour son cycle de reproduction. Et c’est là que notre petit ami jaune devient vraiment intéressant. P. polycephalum n’a pas de système nerveux central. Il n’a même pas de tissus spécialisés.
Pourtant, il peut résoudre des énigmes complexes, comme des labyrinthes, et mémoriser de nouvelles substances. Le genre de tâches que nous avions l’habitude de penser que seuls les animaux pouvaient accomplir.
“Nous parlons de cognition sans cerveau, évidemment, mais aussi sans aucun neurone. Ainsi, les mécanismes sous-jacents, tout le cadre architectural de la façon dont il traite l’information est totalement différent de la façon dont votre cerveau fonctionne”, a déclaré le biologiste Chris Reid. de l’Université Macquarie en Australie a déclaré à ScienceAlert en 2021.
“En lui fournissant les mêmes défis de résolution de problèmes que nous avons traditionnellement donnés aux animaux dotés de cerveaux, nous pouvons commencer à voir comment ce système fondamentalement différent pourrait arriver au même résultat. C’est là qu’il devient clair que pour beaucoup d’entre eux des choses – dont nous avons toujours pensé qu’elles nécessitaient un cerveau ou une sorte de système de traitement de l’information supérieur – qui ne sont pas toujours nécessaires.”
(David Villa/ScienceImage/CBI/CNRS)
P. polycephalum est bien connu de la science. Il y a des décennies, c’était, comme l’a expliqué le physicien Hans-Günther Döbereiner de l’Université de Brême en Allemagne, le “cheval de bataille de la biologie cellulaire”. C’était facile à cloner, à conserver et à étudier.
Cependant, au fur et à mesure de l’évolution de nos outils d’analyse génétique, des organismes tels que des souris ou des lignées cellulaires telles que HeLa ont pris le relais et P. polycephalum a été abandonné.
En 2000, le biologiste Toshiyuki Nakagaki du RIKEN au Japon a sorti la petite bête de sa retraite – et non pour la biologie cellulaire. Son article, publié dans Nature, portait le titre “Résolution de labyrinthe par un organisme amiboïde” – et c’est exactement ce que P. polycephalum avait fait.
Nakagaki et son équipe avaient placé un morceau de plasmodium à une extrémité d’un labyrinthe, une récompense alimentaire (de l’avoine, car P. polycephalum aime les bactéries de l’avoine) à l’autre, et ont observé ce qui se passait.
Les résultats étaient époustouflants. Cet étrange petit organisme acellulaire a réussi à trouver le chemin le plus rapide à travers chaque labyrinthe qui lui était lancé.
“Cela a déclenché une vague de recherches sur les autres types de scénarios plus difficiles avec lesquels nous pouvons tester la moisissure visqueuse”, a déclaré Reid.
“Pratiquement tous ceux-ci ont été surprenants d’une manière ou d’une autre, et ont surpris les chercheurs dans la façon dont la moisissure visqueuse fonctionnait réellement. Cela a également révélé certaines limites. Mais surtout, cela a été un voyage de révélation sur la façon dont cette simple créature peut accomplir des tâches. qui ont toujours été attribués et considérés comme le domaine des organismes supérieurs.”
Rempli de surprises
Nakagaki a recréé le métro de Tokyo, avec les nœuds de station marqués d’avoine ; P. polycephalum l’a recréé presque exactement – sauf que la version de la moisissure visqueuse était plus résistante aux dommages, dans laquelle si un lien était rompu, le reste du réseau pouvait continuer.
Une autre équipe de chercheurs a découvert que le protiste pouvait résoudre efficacement le problème du voyageur de commerce, une tâche mathématique d’une complexité exponentielle que les programmeurs utilisent régulièrement pour tester des algorithmes.
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Plus tôt cette année, une équipe de chercheurs a découvert que P. polycephalum peut “se souvenir” de l’endroit où il a précédemment trouvé de la nourriture en fonction de la structure des veines dans cette zone. Cela fait suite à des recherches antérieures de Dussutour et de ses collègues, qui ont découvert que des gouttes de moisissure visqueuse pouvaient apprendre et se souvenir de substances qu’elles n’aimaient pas, et communiquer cette information à d’autres gouttes de moisissure visqueuse une fois fusionnées.
“Je suis toujours étonné de voir à quel point, d’une certaine manière, ils sont complexes parce qu’ils vous surprennent toujours dans une expérience, ils ne feraient jamais exactement ce que vous choisissez de faire”, a déclaré Dussutour.
Dans un cas, son équipe testait un milieu de croissance utilisé pour les cellules de mammifères et voulait voir si la boue l’apprécierait.
“Il détestait ça. Il a commencé à construire cette étrange structure tridimensionnelle pour pouvoir continuer en tête et s’échapper. Et je me suis dit:” Oh mon Dieu, cet organisme “.”
Un réseau de traitement
Bien qu’il s’agisse techniquement d’un organisme unicellulaire, P. polycephalum est considéré comme un réseau, présentant un comportement collectif. Chaque partie de la moisissure visqueuse fonctionne indépendamment et partage des informations avec ses sections voisines, sans traitement centralisé.
“Je suppose que l’analogie serait des neurones dans un cerveau”, a déclaré Reid. “Vous avez ce cerveau qui est composé de beaucoup de neurones – c’est la même chose pour la moisissure visqueuse.”
Physarym polycephalum, “Le blob”
Émergence du réseau
Ondes d’oscillation#blob pic.twitter.com/kJUhH0w05a
— Audrey Dussutour (@Docteur_Drey) 3 avril 2021
Cette analogie cérébrale est vraiment intrigante, et ce ne serait pas la première fois que P. polycephalum est comparé à un réseau de neurones. La topologie et la structure des réseaux cérébraux et des taches de moisissure visqueuse sont très similaires, et les deux systèmes présentent des oscillations.
La manière dont les informations sont propagées et partagées dans la moisissure visqueuse n’est pas tout à fait claire, mais nous savons que les veines de P. polycephalum se contractent pour agir comme une pompe péristaltique, poussant le liquide cytoplasmique d’une section à l’autre. Et les oscillations de ce fluide semblent coïncider avec des rencontres avec des stimuli externes.
“On pense que ces oscillations transmettent des informations, traitent des informations, par la façon dont elles interagissent et produisent en fait le comportement en même temps”, a déclaré Döbereiner à ScienceAlert.
“Si vous avez un réseau de Physarum allant vers un certain aliment, il change de modèle d’oscillation lorsqu’il rencontre du sucre : il commence à osciller plus rapidement. En raison de ces oscillations plus rapides, tout l’organisme commence à changer son modèle d’oscillation et commence à s’écouler dans la direction où la nourriture a été trouvée.”
Lui et ses collègues ont publié un article en 2021 démontrant que ces oscillations sont extraordinairement similaires aux oscillations observées dans un cerveau, uniquement un système hydrodynamique plutôt que des signaux électriques.
“Ce qui est pertinent, ce n’est pas tant ce qui oscille et comment l’information est transportée”, explique-t-il, “mais que ça oscille et qu’une topologie soit pertinente – est-ce qu’un neurone est connecté à 100 neurones ou juste à deux ; est-ce qu’un neurone est connecté juste à ses voisins ou est-il connecté à un autre neurone très éloigné.”
P. polycephalum poussant sur un modèle grandeur nature d’un crâne humain. (Andrew Adamatzky, La vie artificielle, 2015)
Définir la cognition
Aussi passionnantes que puissent paraître ses frasques, tout chercheur travaillant avec elle vous dira que P. polycephalum n’est pas, en soi, un cerveau. Il n’est pas capable de traitement de niveau supérieur ou de raisonnement abstrait, pour autant que nous puissions en juger.
Aussi intrigante que la notion puisse paraître, elle n’est pas non plus susceptible d’évoluer vers quelque chose comme un cerveau. L’organisme a eu un milliard d’années pour le faire et ne montre aucun signe d’aller dans cette direction (bien que si des écrivains de science-fiction aiment l’idée, n’hésitez pas à courir avec).
En termes de biologie globale, la moisissure visqueuse est extrêmement simple. Et par ce fait même, cela change notre façon de comprendre la résolution de problèmes.
Tout comme les autres organismes, il a besoin de nourriture, il a besoin de naviguer dans son environnement et il a besoin d’un endroit sûr pour grandir et se reproduire. Ces problèmes peuvent être complexes, et pourtant P. polycephalum peut les résoudre grâce à son architecture cognitive extrêmement limitée. Il le fait à sa manière simple et avec ses propres limites, a déclaré Reid, “mais c’est en soi l’une des belles choses du système”.
En un sens, cela nous laisse avec un organisme – une goutte humide, visqueuse, aimant l’humidité – dont la cognition est fondamentalement différente de la nôtre. Et, tout comme le métro de Tokyo, cela peut nous apprendre de nouvelles façons de résoudre nos propres problèmes.
“Cela nous enseigne vraiment la nature de l’intelligence, remet en question certains points de vue et élargit fondamentalement le concept”, a déclaré Reid.
“Cela nous oblige à remettre en question ces croyances anthropocentriques de longue date selon lesquelles nous sommes uniques et capables de bien plus que les autres créatures.”
Une version de cet article a été publiée pour la première fois en juin 2021.
