Les tournesols dansent ! Une étude israélienne donne raison à Darwin

Des chercheurs de l’Université de Tel Aviv disent avoir découvert que les tournesols qui poussent ensemble dans des environnements denses se mouvaient en zigzag comme s’ils dansaient, non seulement pour capter plus de lumière solaire, mais aussi pour éviter de priver leurs voisins de lumière.

Cette découverte confirme une théorie scientifique formulée par Charles Darwin il y a de cela 200 ans, lorsqu’il avait observé que les plantes effectuaient des mouvements circulaires appelés circumnutations.

Cette nouvelle étude, dirigée par les professeures Yasmine Meroz, de l’École des sciences végétales et de la sécurité alimentaire de Tel Aviv et Orit Peleg, de l’Université du Colorado à Boulder, en plus d’autres chercheurs, a été publiée la semaine dernière dans la revue à comité de lecture Physical Review X.

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La « soirée dansante » des tournesols

Lorsqu’elles évoquent la façon dont les tournesols se sont déplacés, lors de leur expérience, Meroz et Peleg – qui se sont rencontrées en faisant leur post-doctorat à Harvard il y a de cela quelques années et s’y sont liées d’amitié – disent par téléphone au Times of Israel « d’imaginer une fête avec une foule immense ».

Si personne ne bouge, explique Meroz, « on peut se retrouver coincé dans des endroits peu fréquentés ou au contraire, à côté du buffet, avec beaucoup, beaucoup de monde. »

Mais si « tout le monde danse un peu », ajoute-t-elle, « tout le monde a assez d’espace ».

L’expérience a montré que les tournesols « semblaient se tortiller ».

Une fleur « part à droite, une autre à gauche, en zigzag », expliquent les chercheuses : elles se déplacent en effectuant des circumnutations qui semblent coordonnées pour que ces plantes agglomérées se déplacent « de façon synchronisée et aient au final plus de lumière ».

Pourquoi les plantes bougent-elles ?

Les chercheuses rappellent que l’idée de leur étude leur vient de recherches effectuées sur des tournesols cultivés dans un champ, à grande proximité les uns des autres. Ils perçoivent les signaux lumineux de leurs voisins les plus proches et bougent de façon à optimiser la croissance du groupe.

On remarque que les plantes grimpantes poussent par des mouvements circulaires autour d’une poutre, par exemple, pour continuer de pousser plus haut.

Mais il n’était pas clair pourquoi d’autres plantes faisaient ce mouvement circulaire, remarqué pour la première fois par Darwin.

La professeure Orit Peleg, de l’Université du Colorado à Boulder. (Crédit : Glenn Asakawa)

C’est ainsi que Meroz et Peleg ont décidé de mener une expérience en laboratoire sur des tournesols.

Elles ont fait pousser cinq tournesols plantés à proximité les uns des autres et suivi leurs mouvements en prenant des photos toutes les deux minutes, une dizaine de jours durant, de façon à en faire un film dans lequel on voit littéralement les tournesols se tortiller, faire des zigzags, comme dans une danse.

« Nous avons constaté que ces plantes bougeaient beaucoup – beaucoup plus que nous ne le pensions », confie Meroz.

« Nous avons eu l’idée que ces cirnutations avaient une fonction et les aidaient à trouver « la configuration optimale, celle dans laquelle toutes bénéficient de suffisamment de soleil », explique Meroz.

De la physique statistique

En utilisant à la fois les outils de la physique, de la biologie, de l’ingénierie et de l’informatique pour comprendre le comportement de ce qui semble être des « systèmes vivants désordonnés », l’idée de Peleg était de comprendre dans quelle mesure les tournesols se déplaçaient de manière aléatoire ou avaient des mouvements synchronisés.

Pour obtenir la réponse, elle a utilisé des modèles de ce que l’on appelle la physique statistique. Pour dire les choses simplement, explique-t-elle, le mouvement aléatoire fait référence à un mouvement qui semble erratique, « comme des particules de poussière flottant sans but dans un rayon de soleil ».

C’est Robert Brown, un botaniste, qui a le premier observé ce phénomène en remarquant que « le pollen se déplaçait au hasard dans l’eau ».

Un dense champ de tournesols à Bordeaux, en France, en 2019. (Daphna Peleg)

« Bien qu’un tel mouvement semble imprévisible, des physiciens comme Albert Einstein ont développé des formules mathématiques pour prédire le comportement moyen de grands groupes de particules de cette sorte », poursuit Peleg. « C’est la raison pour laquelle on l’appelle ‘physique statistique’ ».

Dans leur expérience, les chercheuses ont construit un modèle pour déterminer les déplacements optimaux à effectuer par les plantes pour se donner l’une l’autre suffisamment de soleil.

« Nous avons statistiquement quantifié ce mouvement et montré à l’aide de simulations informatiques que ces mouvements aléatoires étaient utilisés collectivement pour minimiser l’exposition à l’ombre », ajoute Meroz.

Elle se dit « très surprise » de l’importante distribution des « pas » du tournesol, dans une direction ou une autre.

Peleg explique que les plantes se trouvent un « emplacement optimal » depuis lequel elles se déplacent juste assez pour que le groupe ait globalement la même quamtité de lumière et d’ombre. Elle dit que les plantes ont de la mémoire et que, comme d’autres organismes, elles utilisent des mouvements apparemment aléatoires pour naviguer et envoyer des signaux.

« Si un chien renifle une piste, il va bouger la tête à droite, à gauche, comparer ce qu’il sent par ici, par là. C’est de cette façon qu’il va trouver la piste », explique Peleg. « Nous pouvons nous poser la même question avec les plantes : font-elles la même chose ? En quelque sorte, elles aussi, elles bougent la tête de droite à gauche. »

Elle ajoute que le comportement des tournesols est similaire au comportement collectif des oiseaux ou des poissons.

« C’est mathématiquement très semblable », poursuit-elle. « La question qui passionne les gens est alors : comment l’information circule-t-elle au sein de cet ensemble ? »

Meroz espére que cette expérience – qu’elles qualifient de « réussiste de deux amies » – poussera les gens à envisager les plantes différemment.

« Si nous vivions à l’échelle de temps d’une plante et que nous nous déplacions très, très lentement, alors nous pourrions les voir bouger autour de nous », conclut-elle. « Nous les verrions sans doute très différemment. Elles nous paraitraient très différentes à nous, humains. »