Les plantes et la lumière

Tous les êtres vivants sur cette planète ont besoin d’énergie pour vivre, tout comme nous, les êtres humains, avons besoin de manger pour grandir et être en bonne santé. Mais qu’est-ce que les plantes « mangent » ? Les plantes se nourrissent de la lumière du soleil. À partir de cette lumière, elles peuvent produire leur propre nourriture, qui deviendra alors notre nourriture, comme des pommes de terre, des tomates ou des bananes. Les plantes sont toujours à la recherche de lumière, car elles en ont besoin pour grandir et rester en bonne santé.

Alors, comment les plantes cherchent-elles la lumière ?

Pour ceci, les plantes ont des récepteurs de lumière, ce qui leur permet de percevoir si elles grandissent dans la lumière ou dans l’obscurité.

Quand une graine germe dans le sol, ses récepteurs de lumière sont inactifs, et la plante grandit rapidement jusqu’à qu’elle atteigne la lumière.

Quand la plante atteint finalement la lumière, des récepteurs de lumière rouge appelés « phytochromes » sont activés. La plante se prépare alors à capter de la lumière, en ouvrant ses feuilles et en produisant des chloroplastes. Vous n’avez probablement jamais vu cela, car à nos yeux, les plantes ne bougent pas. En accélérant des vidéos filmées sur de longue périodes, voici pourtant ce que l’on peut observer !

N’est-il pas surprenant de voir comme les plantes changent et bougent, si on accélère le temps ?! Les plantes sont toujours en changement, bien qu’elles le fassent lentement, et nous ne sommes jamais assez patient.e.s pour les attendre et observer ce qu’il se passe !

Les plantes peuvent donc détecter la lumière, ce qui est important quand elles sortent du sol. Mais que se passe-t-il après ? Dans la nature il y a toujours de la lumière. Ont-elles donc encore besoin d’utiliser ces récepteurs de lumière ?

La réponse est oui ! Même au jardin, ou dans la forêt, les plantes peuvent être à l’ombre d’autres plantes ou d’objets. Dans ce cas, il est important qu’elles perçoivent où la lumière est la plus intense, afin de pousser dans cette direction. Ce processus s’appelle « phototropisme ». Dans la vidéo suivante, une lampe a été placée à gauche, et après le flash, elle a bougé à droite. Regardez comme les plantes « suivent » la lumière !

Comment se fait-il que les plantes arrivent à percevoir d’où vient la lumière ? C’est parce qu’elles ont d’autres récepteurs, appelés « phototropines », qui détectent la lumière bleue.

Quand les phototropines détectent la lumière bleue dans certaines parties de la plante, elles s’activent et permettent aux plantes de pousser en direction de cette source de lumière.

Donc, si nous cultivons des plantes avec de la lumière rouge d’un côté, et de lumière bleue de l’autre, de quel côté vont pousser les plantes ?

Pour la réponse, regardez la prochaine vidéo !

Avez-vous deviné ? Oui ! Elles poussent en direction de la lumière bleue, car c’est la couleur perçue par les phototropines.

Mais, que se passe-t-il le soir, quand les plantes n’ont pas de lumière ? Ont-elles « faim » ?

Eh bien, parfois oui, mais en général, elles se préparent à ces moments-là.  Quand les plantes se développent, elles apprennent que pendant une partie du temps elles auront de lumière, et qu’à d’autres moments elles seront dans l’obscurité. Elles vont alors changer de position en fonction de la situation.

Par exemple, vous pouvez voir ici une plante pousser pendant des cycles lumière-obscurité. Pouvez-vous observer ses feuilles bouger ?

La perception de lumière ou d’ombre indique à la plante si c’est le jour, et donc le moment de faire la photosynthèse, ou la nuit, et donc le moment de se reposer et de récupérer de l’eau.

Comme vous pouvez imaginer, il est difficile d’observer une plante pendant la nuit. Au laboratoire, nous utilisons pour ceci une machine spéciale appelée « laser scanner » avec laquelle nous pouvons prendre des photos jour et nuit.

Après avoir pris des photos de la plante pendant une longue durée, cette machine peut faire des dessins de la plante, ce qui sont plus faciles à voir (doi: 10.1105/tpc.114.129031)

De cette façon, il est beaucoup plus facile de voir comment les feuilles bougent ! La machine peut même mesurer le mouvement des feuilles et dessiner un graphique pour nous :

Ici on peut voir comment les feuilles bougent en fonction du temps. Pendant la journée, les feuilles se déplacent vers le haut, et quand la nuit s’approche, elles commencent à se déplacer vers le bas.

Mais que se passe-t-il avec nos plantes à la maison, si l’on oublie d’éteindre la lumière le soir ? Sont-elles confuses ? Restent-elles « éveillées » avec leurs feuilles debout toute la nuit ?

Faisons une expérience pour étudier cela ! Que se passe-t-il si on laisse la lumière allumée que l’on observe notre plante ? Dans l’expérience suivante, on a laissé pousser une plante dans des conditions normales, avec de la lumière pendant la journée et de l’obscurité la nuit. Puis un jour, on a laissé la lumière allumée même le soir. Regardez ce qu’il se passe avec ses feuilles !

Même si les lumières étaient allumées, la plante abaissait ses feuilles, pour se reposer le soir. Mais pourquoi ?

Pendant les jours précédents, les lumières étaient allumées pendant la journée, et éteintes la nuit. Les photorécepteurs, comme les phytochromes, étaient donc activés pendant la journée, et désactivés pendant la nuit. De cette façon, les photorécepteurs ont pu régler le rythme de l’horloge interne de la plante.

Cet horloge interne s’appelle « horloge circadienne », et est présente dans la majorité des organismes, y compris chez nous. C’est pour cette raison qu’on est fatigué le soir, et plein d’énergie pendant la journée, même si on n’a pas de montre pour savoir l’heure qu’il est.

Dans le cas de notre plante, cette montre a été entrainée pendant les jours précédents. On ne peut donc pas tromper notre plante, qui va continuer à baisser ses feuilles au même moment que d’habitude, même si l’on a laissé la lumière allumée le soir.

Bien que les plantes semblent statiques et immuables, si l’on y regarde de près (ou en accéléré !) on verra comment elles bougent, réagissent aux signaux et nous surprennent avec leurs connaissances !

On espère que cette activité vous a plu ! Voici un petit résumé de ce que l’on a appris :

1. Les plantes peuvent percevoir la lumière en utilisant leurs récepteurs
2. Les signaux lumineux donnent aussi à la plante une information sur l’heure du jour ou le moment de l’année, et règlent l’horloge circadienne.
3. Les plantes peuvent savoir l’heure même sans l’aide de la lumière en utilisant leur horloge circadienne

Et si vous voulez continuer à en apprendre davantage sur les plantes, pourquoi ne pas devenir un jour vous-même un.e scientifique et faire des expériences ?