Ce slime étrangement intelligent et rampant redéfinit notre compréhension de l’intelligence


Imaginez que vous vous promenez dans une forêt, et que vous roulez sur une bûche avec votre pied.

Un slime gluant cultivé en laboratoire. (Audrey Dussutour/CNRS)

Sur sa face inférieure s’étale quelque chose d’humide et de jaune, un peu comme quelque chose que vous auriez pu éternuer… si cette chose était jaune banane et se déployait en élégantes branches fractales.

Ce que vous verriez est la forme plasmode de Physarum polycephalum, la moisissure visqueuse à plusieurs têtes. Comme d’autres moisissures gluantes présentes dans la nature, elle joue un rôle écologique important en contribuant à la décomposition de la matière organique pour la recycler dans le réseau alimentaire.

Ce petit organisme bizarre n’a pas de cerveau, ni de système nerveux ; son corps flou 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, elle a changé notre façon de concevoir la cognition et la résolution de problèmes.

“Je pense qu’il s’agit du même type de révolution que celle 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 français 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. On peut le trouver dans des environnements sombres, humides et frais, comme la litière de feuilles sur le sol d’une forêt. Il est également très particulier : bien que nous l’appelions “moisissure”, il ne s’agit pas d’un champignon. Il ne s’agit pas non plus d’un animal ou d’une plante, mais d’un membre du règne des protistes – une sorte de groupe fourre-tout pour tout ce qui ne peut être catégorisé dans les trois autres règnes.

Il commence sa vie sous la forme de plusieurs cellules individuelles, chacune avec un seul noyau. Ensuite, elles fusionnent pour former le plasmode, le stade de vie végétatif dans lequel l’organisme se nourrit et se développe.

Sous cette forme, qui se déploie en veines pour chercher de la nourriture et explorer son environnement, il s’agit toujours d’une cellule unique, mais contenant des millions, voire des milliards de noyaux qui nagent dans le fluide cytoplasmique confiné dans la membrane jaune vif.

La cognition sans cerveau

Comme tous les organismes, P. polycephalum doit être capable de prendre des décisions concernant son environnement. Il doit chercher de la nourriture et éviter le danger. Il doit trouver les conditions idéales pour son cycle de reproduction. Et c’est là que notre petit ami jaune devient vraiment intéressant. Le 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 se souvenir de nouvelles substances. Le genre de tâches que nous pensions 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 à ScienceAlert en 2021.

“En lui proposant les mêmes défis de résolution de problèmes que ceux que nous avons traditionnellement donnés aux animaux dotés d’un cerveau, 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 de ces choses – dont nous avons toujours pensé qu’elles nécessitaient un cerveau ou une sorte de système supérieur de traitement de l’information – ce n’est pas toujours nécessaire.”

(David Villa/ScienceImage/CBI/CNRS)

P. polycephalum est bien connu de la science. Il y a plusieurs décennies, il était, comme l’explique le physicien Hans-Günther Döbereiner de l’université de Brême en Allemagne, le “cheval de bataille de la biologie cellulaire”. Il était facile à cloner, à conserver et à étudier.

Cependant, au fur et à mesure que nos outils d’analyse génétique évoluaient, des organismes tels que les souris ou des lignées cellulaires telles que HeLa ont pris le relais, et le P. polycephalum est passé à la trappe.

En 2000, le biologiste Toshiyuki Nakagaki, du RIKEN au Japon, a sorti la petite bête de sa retraite, et pas pour la biologie cellulaire. Son article, publié dans Nature, portait le titre “Maze-solving by an amoeboid organism” (résolution de labyrinthes par un organisme amiboïde) – et c’est exactement ce que P. polycephalum avait fait.

Nakagaki et son équipe ont placé un morceau de plasmodium à une extrémité d’un labyrinthe, une récompense alimentaire (de l’avoine, car P. polycephalum adore les bactéries de l’avoine) à l’autre extrémité, et ont observé ce qui se passait.

Les résultats étaient stupéfiants. Cet étrange petit organisme acellulaire a réussi à trouver le chemin le plus rapide dans tous les labyrinthes qui lui ont été présentés.

“Cela a déclenché une vague de recherches sur d’autres scénarios plus difficiles dans lesquels nous pourrions tester la moisissure visqueuse”, a déclaré Reid.

“Pratiquement tous ces scénarios ont été surprenants d’une manière ou d’une autre, et les chercheurs ont été surpris par les performances réelles de la moisissure gluante. Ils ont également révélé certaines limites. Mais surtout, ce fut un voyage de révélations sur la façon dont cette simple créature peut accomplir des tâches qui ont toujours été confiées à des organismes supérieurs et que l’on pensait être leur domaine.”

Plein de surprises

Nakagaki a recréé le métro de Tokyo, avec les nœuds des stations marqués à l’avoine ; P. polycephalum l’a recréé presque à l’identique – sauf que la version de la moisissure visqueuse était plus résistante aux dommages, c’est-à-dire que 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 couramment pour tester les algorithmes.

Au début de l’année, une équipe de chercheurs a découvert que P. polycephalum pouvait “se souvenir” de l’endroit où il avait trouvé de la nourriture en se basant sur la structure des veines de cette zone. Ces résultats font suite à des recherches antérieures de Mme Dussutour et de ses collègues, qui ont découvert que des blobs de moisissure visqueuse pouvaient apprendre et se souvenir de substances qu’ils n’aimaient pas, et communiquer ces informations à d’autres blobs de moisissure visqueuse après leur fusion.

“Je suis toujours étonnée de voir à quel point elles sont, d’une certaine manière, complexes, car elles vous surprennent toujours dans une expérience, elles ne feraient jamais exactement ce que vous choisissez de faire”, a déclaré Mme Dussutour.

Dans un cas, son équipe testait un milieu de croissance utilisé pour les cellules de mammifères et voulait voir si le slime l’apprécierait.

“Elle l’a détesté. Il a commencé à construire cette structure tridimensionnelle bizarre pour pouvoir se mettre sur le plomb 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 les neurones dans un cerveau”, a déclaré Reid. “Vous avez ce cerveau unique qui est composé de nombreux neurones – c’est la même chose pour la moisissure gluante.”

Cette analogie avec le cerveau est vraiment intrigante, et ce ne serait pas la première fois que le P. polycephalum est comparé à un réseau de neurones. La topologie et la structure des réseaux cérébraux et des blobs de moisissures sont très similaires, et les deux systèmes présentent des oscillations.

La façon dont l’information est propagée et partagée dans la moisissure n’est pas tout à fait claire, mais nous savons que les veines du P. polycephalum se contractent pour agir comme une pompe péristaltique, poussant le fluide cytoplasmique de section en section. Et les oscillations de ce fluide semblent coïncider avec la rencontre de 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 faites en sorte qu’un réseau de Physarum se dirige 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, l’ensemble de l’organisme commence à changer son modèle d’oscillation et à se diriger 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, seulement 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 le fait que cela 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 de crâne humain. (Andrew Adamatzky, Artifical Life, 2015)

Définir la cognition

Aussi passionnantes que puissent paraître ses escapades, tout chercheur travaillant avec lui vous dira que P. polycephalum n’est pas, en soi, un cerveau. Il n’est pas capable de traitement de haut niveau ou de raisonnement abstrait, pour autant qu’on puisse le dire.

Il n’est pas non plus, aussi intriguant que cette notion puisse paraître, susceptible d’évoluer vers quelque chose qui ressemble à un cerveau. L’organisme a eu un milliard d’années pour le faire et ne montre aucun signe d’évolution dans cette direction (mais si des auteurs de science-fiction aiment l’idée, n’hésitez pas à vous en servir).

En termes de biologie générale, la moisissure visqueuse est extrêmement simple. Et de ce fait, elle change notre façon de comprendre la résolution de problèmes.

Tout comme les autres organismes, elle a besoin de nourriture, de se déplacer dans son environnement et d’un endroit sûr pour se développer et se reproduire. Ces problèmes peuvent être complexes, et pourtant P. polycephalum peut les résoudre avec son architecture cognitive extrêmement limitée. Il le fait de 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, il nous laisse avec un organisme – un blob humide, visqueux et friand d’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.

“Il nous enseigne la nature de l’intelligence, en remettant en question certains points de vue et en élargissant le concept”, a déclaré M. Reid.

“Cela nous oblige à remettre en question ces croyances anthropocentriques de longue date selon lesquelles nous sommes uniques et capables de tellement plus que les autres créatures.”

Lire aussi : Des géologues ont analysé de près deux « blobs » bizarres détectés dans les profondeurs de la Terre

Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche


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