L’amibe intelligente

19.05.2014 par Loïc Mangin, dans Articles & Billets

La bestiole du jour est un peu particulière. Elle se situe à la frontière animale et végétale, frontière floue s’il en est, j’en avais parlé ici. En l’occurrence, il s’agit de Physarum polycephalum. Et de fait, à la regarder, on s’interroge sur sa présence dans le Best of Bestioles.

Physarum polycephalum. © J. Kirkhart.

Physarum polycephalum. © J. Kirkhart.

Il ne paye pas de mine, mais ce que l’on en fait est proprement fascinant, et donc aucune raison de vous en priver. J’ai découvert cet organisme unicellulaire en parcourant Poulpe Fiction : Quand l'animal inspire l'innovation, l’excellent livre d’Agnès Guillot et de Jean-Arcady Meyer, paru récemment chez Dunod.

Physarum polycephalum est un myxomycète (famille des Physaraceae) que l’on trouve dans les sous-bois, sous les feuilles et sur le bois mort. Selon d’anciennes classifications, et notamment aux yeux de Ernst Haeckel, c’est un protiste (un , mais ce terme n’a plus cours aujourd’hui. Alors, qu’est-ce que c’est ? Leur nom associe le préfixe myxo (gélatineux) et le suffixe mycète, qui signifie champignon, mais ce n’est pas un pour de multiples raisons.

D’abord, ils sont dépourvus de mycélium, l’ensemble des filaments souterrains qui constituent la partie végétative des champignons. Ensuite, ils se nourrissent par phagocytose (leur membrane s’invagine et incorpore au sein du corps cellulaire les aliments), alors que les champignons s’alimentant par absorption. Néanmoins, ces organismes continuent d’être étudiés par des mycologues, les spécialistes des… champignons.

Alors, où les ranger dans la classification ? À en croire La classification phylogénétique du vivant, de G. Lecointre et H. Le Guyader, les myxomycètes sont des mycétozoaires, un des nombreux groupes d’eucaryotes.

Lorsqu’il n’est pas en phase de reproduction, la bestiole (j’hésite à dire « animal ») explore son environnement à la recherche de nourriture, notamment des bactéries et des champignons, en étendant des prolongements (on parle de pseudopodes) de son corps monocellulaire. Le résultat est une sorte de réseau veineux dendritique. De plus, Physarum polycephalum se déplace grâce à des mouvements pulsatifs de son cytoplasme au sein de la cellule qui le compose, à la façon d’une amibe. Une image peut aider à comprendre : imaginez-vous enfermé dans un sac et essayant de vous déplacer ; il y a de grandes chances que vos mouvements soient amiboïdes.

C’est ce comportement exploratoire qui a été mis à profit pour résoudre des problèmes… mathématiques ! Ainsi, Toshiyuki Nakagaki, de l’Institut Riken, à Nagoya, au Japon, et ses collègues ont révélé comment Physarum polycephalum pouvait trouver la sortie d’un labyrinthe. En plaçant de la nourriture à l’entrée et à la sortie, l’organisme a envahi l’ensemble de la structure et s’est ensuite résorbé de façon à constituer le chemin le plus court entre les deux extrémités ! La preuve en vidéo.

Certains de ces chercheurs ont récidivé 10 ans plus tard et ont utilisé Physarum polycephalum pour résoudre un problème d’optimisation des transports dont le problème du voyageur de commerce est l’exemple emblématique : il s’agit de trouver le plus court chemin passant par toutes les villes où un représentant doit se rendre.

Dans un milieu de culture reproduisant la carte des environs de Tokyo, ils ont déposé de la nourriture au niveau de la capitale japonaise et ont laissé l’organisme étendre ses filaments.

Développement de Physarum polycephalum sur un milieu de culture représentant la région de Tokyo. © A. Tero et al.

Développement de Physarum polycephalum sur un milieu de culture représentant la région de Tokyo. © A. Tero et al.

Après quelques heures, le maillage obtenu ressemblait étonnamment… au réseau ferré tokyoïte ! Et d’autant plus que l’on mime la topologie.

En A, le réseau Physarum polycephalum sans contrainte. En B, de la lumière (qui repousse l’organisme) là où sont érigées des montagnes a reproduit la topographie des lieux. De même, un éclairement mimait les lacs et le littoral. On obtient alors le réseau C, que l’on peut comparer au réseau réel D. © A. Tero et al.

En A, le réseau Physarum polycephalum sans contrainte. En B, de la lumière (qui repousse l’organisme) là où sont érigées des montagnes a reproduit la topographie des lieux. De même, un éclairement mimait les lacs et le littoral. On obtient alors le réseau C, que l’on peut comparer au réseau réel D. © A. Tero et al.

Impressionnant non ?

Voici le développement du réseau vivant en vidéo.

Et le même principe fonctionne aussi ailleurs, par exemple pour le réseau autoroutier brésilien…

…les axes principaux des États-Unis…

…le réseau routier de la vallée du Po, en Italie

Les travaux de T. Nakagaki et de ses collègues ont été très vite reconnus à leur juste valeur, puisqu’ils ont été récompensés par deux IgNobel le premier en 2008 (le labyrinthe) et le second en 2010 (le réseau ferré) !

Ce type d’optimisation avait été aussi étudié avec des fourmis, mais Physarum polycephalum serait plus performant lorsque les données sont nombreuses.

Vous en voulez plus ? D’accord. L’équipe de Soichiro Tsuda, aujourd’hui à l’Université d’Osaka, au Japon, a fait d’un exemplaire de Physarum polycephalum le moteur d’un petit robot ! D’abord, ils se sont arrangés pour faire croître la cellule selon un motif en étoile à six branches. Ensuite, chaque filament a été inséré dans le membre du robot, nommé Phibot pour l’occasion.

Phibot, le robot commandé par © S. Tsuda

Phibot, le robot commandé par Physarum polycephalum (désolé, je n'ai pas de meilleure définition). © S. Tsuda

La locomotion est fondée sur la phobie de la lumière de l’organisme. Un petit rayon… le pseudopode se rétracte… et le membre du robot se soulève ! Ce sont les premiers pas d’une interface vivant/machine…

Pour en savoir plus :


2 commentaires pour “L’amibe intelligente”

  1. Agnès Guillot Répondre | Permalink

    Merci Loïc pour ce développement intelligent de notre petit paragraphe sur Physarum dans "Poulpe Fiction" !

    Agnès

  2. Agnès Guillot Répondre | Permalink

    Merci Loïc de ce développement très complet de notre petit paragraphe sur Physarum dans "Poulpe fiction " !

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