Les plantes, les animaux et de nombreux champignons se développent généralement par le processus de fission binaire, une forme de reproduction asexuée qui permet à une cellule de se diviser, de se multiplier et de produire de nouvelles cellules spécialisées pour certaines activités.
Cependant, tous les organismes macroscopiques ne respectent pas les règles. Un certain nombre de grandes algues, comme l’algue verte à feuilles Caulerpa, sont dépourvues de structures de division microscopiques, ce qui en fait l’un des plus grands systèmes unicellulaires connus.
Ces plantes apparentées sont encore capables de mesurer plusieurs mètres et sont si douées pour engloutir la lumière du soleil pour se développer qu’elles sont devenues des envahisseurs à succès dans de nombreux nouveaux territoires.
Mais qu’est-ce qui orchestre le processus de croissance lorsqu’un corps est en réalité une seule cellule géante ?
Pour le savoir, Eldad Afik, ingénieur biologique du California Institute of Technology, et ses collègues ont découpé des morceaux de l’espèce Caulerpa brachypus pour voir comment elle repousse.
« L’un des principaux paradigmes de la biologie cellulaire est que l’environnement interne d’une cellule est dicté par son environnement et par ce qui se passe dans le noyau », explique Afik.
« Mais à Caulerpa, rien ne sépare les noyaux les uns des autres. »
Même sans membranes ni parois pour diviser les nombreux noyaux de la plante, cet organisme intrigant parvient toujours à s’organiser en structures semblables à des organes qui ressemblent à des feuilles, des tiges et des racines.
Après avoir coupé des morceaux d’algues, les chercheurs ont constaté des différences d’intensité de pigmentation verte sur ses sites de régénération. La nuit, ces taches étaient relativement transparentes, tandis que pendant la journée, elles devenaient d’un vert uni et opaque.
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Des recherches antérieures suggèrent que ce changement de coloration pourrait être le résultat du déplacement de la chlorophylle qui traite la lumière du soleil dans et hors du site. Afik et son équipe ont cherché à déterminer si le mouvement de la chlorophylle était effectivement dû à la lumière.
En exposant des spécimens de C. brachypus à 12 heures de lumière vive suivies de 12 heures d’obscurité, les chercheurs ont découvert que les feuilles de l’algue étaient plus longues que celles des spécimens exposés à une lumière vive pendant 24 heures d’affilée, ce qui suggère qu’une nuit de « sommeil » est essentielle pour maintenir leur auto-organisation.
Lorsqu’elles étaient baignées de lumière, certaines parties du corps de Caulerpa étaient inondées d’une vague verdoyante de chlorophylle qui lui permettait de photosynthétiser et de croître. La nuit, cette vague de verdure semblait s’écraser, pendant laquelle les algues se reposaient.
Ce qui est vraiment intéressant, cependant, c’est que les algues semblaient prédire quand le crépuscule et l’aube allaient arriver. Il a modifié son activité chlorophylle avant même l’arrivée des nouvelles conditions de lumière, ce qui laisse entendre que l’algue possède une sorte d’horloge circadienne interne qu’elle utilise pour croître et se développer.
« Nous trouvons des morphologies distinctes en fonction des schémas temporels de la lumière, ce qui suggère que les vagues de chlorophylle pourraient relier les oscillateurs biologiques au métabolisme et à la morphogenèse », expliquent les chercheurs dans leur article.
À mesure que les chloroplastes verts se propagent selon le cycle de lumière jour-nuit, ils donnent à la goutte géante non seulement une idée du temps, mais également de sa position.
Cela donne aux algues l’équivalent de connaître leur tête depuis leurs fesses, ce qui leur permet de déterminer quand et où pousser. Aucune « cellule » requise.
Cette recherche a été publiée dans Nature Communications.
