Un nématode (C. elegans) saute sur un bourdon le long d’un champ électrique pour faire du stop. Crédit : Chiba et al., 2023
Des scientifiques japonais travaillant avec des nématodes (C. elegans) a remarqué un jour que plusieurs vers cultivés dans le laboratoire se retrouvaient mystérieusement attachés aux couvercles des boîtes de Pétri au lieu de la gélose pour chiens où ils étaient initialement placés. Intrigués, ils ont mené des expériences pour comprendre comment les vers se déplaçaient d’un point à l’autre en moins d’une seconde.
Les chercheurs ont découvert que, plutôt que de ramper sur les parois du plat, les vers sautaient du bas de l’assiette vers le couvercle et qu’ils utilisaient des champs électriques pour le faire. Ils pouvaient même sauter de la boîte de Pétri sur un bourdon, à la fois individuellement et en gros groupes. L’équipe a décrit ses travaux dans un nouvel article publié dans la revue Current Biology.
« Les pollinisateurs, tels que les insectes et les colibris, sont connus pour être chargés électriquement, et on pense que le pollen est attiré par le champ électrique formé par le pollinisateur et la plante », a déclaré le co-auteur Takuma Sugi, biophysicien à l’Université d’Hiroshima à Japon. « Cependant, il n’était pas tout à fait clair si les champs électriques sont utilisés pour les interactions entre différents animaux terrestres. »
Les interactions entre différents organismes vivants « façonnent fortement la structure et la fonction des communautés écologiques et des écosystèmes », écrivent les auteurs. Différentes espèces peuvent dépendre de différents stimuli environnementaux : interactions chimiques entre insectes et plantes, par exemple ; perception visuelle pour détecter les proies et sélectionner les aliments préférés ; et la capacité de détecter l’énergie mécanique d’autres animaux. Ensuite, il y a les interactions électrostatiques. En plus des pollinisateurs, les auteurs notent que plusieurs espèces de poissons utilisent des champs électriques pour détecter les proies et les prédateurs. Et des araignées en montgolfière, immortalisées dans le classique pour enfants d’EB White La toile de Charlotte– tirent des fils de soie pour former un parachute et flotter dans les airs.
Comment font les araignées ? Une hypothèse soutient que les fils d’araignée ont une charge électrique statique qui interagit avec le faible champ électrique vertical dans l’atmosphère. Une hypothèse concurrente est que, à mesure que l’air se réchauffe avec le soleil levant, les fils de soie que les araignées émettent pour faire tourner leurs « parachutes » attrapent les courants de convection ascendants (le courant ascendant) qui sont causés par les gradients thermiques. Une étude de 2018 a révélé que les araignées semblent capables de détecter les champs électriques dans des conditions atmosphériques naturelles. Cela déclenche un comportement de ballonnement et les champs électriques fournissent une force suffisante pour générer une portance. L’année dernière, les physiciens ont démontré via des simulations numériques 3D que, au moins pour les petites araignées, les champs électriques sont en effet suffisants pour générer suffisamment de portance sans l’aide des courants d’air.
L’une des raisons pour lesquelles les interactions interspécifiques ont une si forte influence sur les écosystèmes est qu’elles contribuent à la dispersion des animaux, ce que Charles Darwin jugeait essentiel à l’évolution d’une espèce et à l’expansion de son aire de répartition. Lorsqu’une espèce dépend d’une autre pour une telle dispersion, on parle de phorésie. Les petits animaux sans ailes et sans pattes, comme les vers, s’attachent fréquemment au passage d’animaux plus gros comme les insectes et les oiseaux pour parcourir de grandes distances.
C. elegans se trouve sur un large éventail d’espèces et repose sur un type de phorésie pour atteindre cette gamme. Des recherches antérieures ont suggéré que, dans certains cas, comme les escargots et certains insectes, le mécanisme de dispersion est assez simple. Les nématodes adoptent un comportement connu sous le nom de « nictation », dans lequel les vers se tiennent sur leur queue, diminuant ainsi la tension superficielle de l’eau dans laquelle les nématodes se trouvent souvent, ce qui permet aux vers de se fixer plus facilement à leurs hôtes de dispersion. Par Sugi et al., cela augmente également la fréquence des contacts directs avec d’autres animaux.
Un groupe de vers bondit ensemble. Crédit : Chiba et al., 2023
Cependant, contrairement aux escargots et aux insectes, les insectes volants comme les bourdons accumulent naturellement une charge pendant le vol, produisant un champ électrique. Sugi et ses collègues pensaient que les interactions électrostatiques pourraient expliquer pourquoi leurs nématodes cultivés en laboratoire continuaient de se retrouver sur le couvercle de la boîte de Pétri. Les premières expériences ont confirmé que les vers ne rampaient pas sur les parois de la boîte de Pétri. Le passage à la vidéo à haute vitesse a permis à l’équipe de capter le mouvement de saut à la caméra et de confirmer que les vers nictent avant de faire les sauts. Et les vers ne semblaient pas générer la force de saut, suggérant qu’une force externe était à l’œuvre.
Pour savoir si cette force externe était des champs électriques, Sugi et al. mené une autre expérience. Ils ont intégré un réseau carré de micro-poteaux à la surface de la gélose, imitant un environnement de sol naturel. Ils ont placé environ 1 500 vers sur ce substrat de gélose, puis l’ont placé sur une électrode de verre. Ils ont placé une deuxième électrode de verre parallèle à la première mais séparée par une petite distance. Ensuite, ils ont appliqué une tension pour voir ce qui se passait. Les vers ne sautaient vers l’autre électrode que lorsque la charge était appliquée et se déplaçaient à une vitesse moyenne de 0,86 mètre par seconde. C’est proche de la vitesse de la marche humaine, et leur vitesse augmentait à mesure que le champ électrique s’intensifiait.
Enfin, l’équipe a frotté du pollen de fleurs sur des bourdons pour créer une charge électrique naturelle et a placé les abeilles près des vers. Lorsque les abeilles étaient suffisamment proches, les vers se tenaient sur leur queue et sautaient sur les abeilles. Cela a même fonctionné pour des groupes de vers empilés les uns sur les autres, un pauvre ver surchargé portant la charge pendant le transfert.
Le mécanisme est peut-être maintenant clair, mais Sugi et al. ne savent toujours pas exactement comment tout cela fonctionne. Heureusement, C. elegans est un organisme modèle et la relation entre ses gènes, son comportement et son activité neuronale a été largement étudiée. « Par conséquent, d’autres études sur le champ électrique et le comportement de C. elegans devraient fournir plus de détails sur l’éthologie électrique des micro-organismes », ont conclu les auteurs.
DOI : Current Biology, 2023. 10.1016/j.cub.2023.05.042 (À propos des DOI).
Image de la liste par Current Biology/Chiba et al.