Blob

Définition

Le blob est une moisissure visqueuse admise comme une créature intelligente, décisive et réfléchie, capable de résoudre des problèmes complexes. Biologiquement, le blob est un myxomycète unicellulaire multinucléé, de taxon Physarum polycephalum. L'organisme entier est une cellule gigantesque avec de nombreux noyaux.

Un blob en culture :

Cette image montre deux blobs (organismes unicellulaires) en train de "discuter". Malgré leur apparence simple, les blobs résolvent des labyrinthes complexes en quelques heures. L'épithète spécifique polycephalum du blob signifie "à plusieurs encéphales -cerveaux-".

Explications

Le blob Physarum polycephalum est un organisme unicellulaire qui peut se transformer en plusieurs formes et qui présente une complexité surprenante dans son comportement. Sous l'une de ses formes, la cellule unique peut devenir très grande : plus de 30 cm de diamètre en laboratoire.

Dans la nature, le blob P. polycephalum se trouve dans de multiples environnements; cependant, l'organisme se trouve le plus souvent dans les endroits frais, humides et sombres, tels que les feuilles mortes et autres débris organiques des forêts.

Un blob sur du bois :

Malgré ses couleurs vives, le blob ne se distingue pas beaucoup dans la nature. Il n'a pas d'yeux, pas de bouche, pas de cellules nerveuses et pas de cerveau.

Les blobs Physarum polycephalum, qui dans la nature s'agglutinent par milliers pour former une moisissure visqueuse sur du bois mort, peuvent partager des informations sur leur environnement via des réseaux veineux. Si les chercheurs savent depuis longtemps que les moisissures visqueuses collectives peuvent apprendre à éviter les irritants, comme le sel, ils ne savent pas comment.

Mais une étude récente a montré qu'un seul blob absorbe en fait une partie d'une substance potentiellement problématique et s'y accroche comme un souvenir. Ensuite, il utilise ses réseaux veineux pour avertir les autres cellules de s'en tenir à l'écart. L'organisme peut prendre des décisions relativement complexes concernant son alimentation.

Anciennement classé parmi les Amibozoaires (amibes), les blobs du genre Physarum sont classés depuis 2015 dans les Mycétozoaires (mycètes, ordre des Physarales).

Un blob Physarum polycephalum bien développé :

Le blob Physarum polycephalum, même s'il apparaît bien développé, n'est constitué que d'une seule et unique cellule, géante.

Un blob laisse derrière lui une empreinte lorsqu'il quitte une zone et s'est nourri dans cette zone.

Organisme modèle en laboratoire

Le blob Physarum polycephalum est utilisé en laboratoire pour plusieurs recherches, notamment sur les cycles de vie, la mitose, la méiose, la reproduction sexuée et asexuée, le flux cytoplasmique, la chimiotaxie, les mouvements, la prise de décision simple, les mécanismes de survie dans des environnements stressants, la structure cellulaire et la biologie du développement.

Une culture de P. polycephalum (le blob) :

En laboratoire, le blob est cultivé en boîte de Petri pour étudier les spécificités uniques de cette cellule géante multinucléée. Avec un peu de soin et d'attention, Physarum polycephalum est facile à cultiver

Dans la phase plasmodiale, l'organisme peut devenir très grand et se nourrir beaucoup. Construire un labyrinthe permet de tester la capacité d'un plasmode Physarum à s'y frayer un chemin ou à relier une source de nourriture au début du labyrinthe avec une source de nourriture à la fin du labyrinthe en utilisant le chemin le plus court. Le plasmode, en fonction des matériaux composant le labyrinthe et des conditions ambiantes, traversera parfois les parois du labyrinthe.

Dans des conditions de stress, Physarum polycephalum prend une forme appelée sclérote. Il est ainsi possible de tester l'effet de la dessiccation, des solutions de différents métaux, des températures froides et chaudes, des changements de pH, de la famine dans l'obscurité, etc.

La capacité d'un blob à naviguer en utilisant des stratégies relativement complexes pour trouver de la nourriture et former des réseaux entre différentes sources de nourriture a attiré l'attention de personnes extérieures aux domaines traditionnels de la recherche biologique, y compris celles qui étudient les réseaux et l'intelligence artificielle.

Cycle de vie de Physarum polycephalum

Au cours de son cycle de vie, un blob Physarum polycephalum évolue vers différentes formes, certaines haploïdes, d'autres diploïdes et certaines conçues pour protéger l'organisme dans des conditions difficiles. La transition de l'organisme d'une forme à une autre est le plus souvent déclenchée par les conditions de son environnement, notamment la présence ou l'absence d'autres blobs Physarum.

En laboratoire, un blob est le plus souvent observé sous sa forme diploïde et plasmodiale. Sous sa forme plasmodiale, Physarum polycephalum existe sous la forme d'une seule grande cellule contenant plusieurs noyaux diploïdes qui répliquent leur ADN et se divisent de manière synchrone. Ces cellules uniques sont capables de devenir très grandes.

Schéma du cycle de vie d'un blob P. polycephalum :

Schéma du cycle de vie complet d'un blob P. polycephalum.

Lorsqu'un plasmode de blob est affamé puis exposé à la lumière, il sporule. Dans la nature, on a observé que l'organisme sporule après avoir grimpé hors de la litière de feuilles jusqu'à l'endroit où il est exposé à la lumière. Ces petites spores sombres peuvent survivre de nombreuses années. Ainsi, la formation de spores est un moyen par lequel l'organisme s'assure qu'il survivra à des conditions difficiles jusqu'au retour de conditions de vie plus favorables. La sporulation est également la première étape de la reproduction sexuée.

Au début de la sporulation, l'organisme forme des fructifications qui apparaissent initialement sous forme de bosses émergeant de la surface du plasmodium. Ces bosses se transforment en structures en forme de tige qui dépassent de la surface du plasmodium. Vus au microscope, ils sont assez spectaculaires. Une spore pleinement développée ne contient qu'un seul noyau haploïde.

Lorsqu'il y a suffisamment d'humidité, des amiboïdes haploïdes à noyau unique émergent des spores. Contrairement à ce qui se passe dans la forme plasmodiale, la mitose dans la forme amiboïde s'accompagne d'une division cellulaire. La division répétée de la forme amiboïdes de Physarum donne lieu à une colonie d'amiboïdes génétiquement identiques.

L'amiboïde peut se transformer en 2 formes différentes, des flagellés (cellules à 2 flagelles) ou des cystes. Les transformations d'amiboïde en flagellé et d'amiboïde en cyste sont toutes deux réversibles. Si un amiboïde manque de nourriture ou rencontre d'autres conditions défavorables, par exemple la sécheresse, il forme un cyste doté de parois protectrices. Lorsque les conditions redeviennent plus favorables, une cellule amiboïde réapparaît du cyste. La transformation en flagellé intervient dans des conditions humides. Les flagellés se transformeront à nouveau en amiboïdes dans des conditions plus sèches. La capacité de l'amiboïde à effectuer ces transformations permet à l'organisme de survivre à un plus large éventail de conditions qu'il ne le ferait autrement.

La diversité génétique est bénéfique à la survie à long terme d'une espèce. Comme pour la plupart des organismes, la reproduction sexuée est l'un des mécanismes générant la diversité génétique chez Physarum polycephalum. La combinaison du matériel génétique de 2 organismes différents intervient lorsque 2 amiboïdes haploïdes fusionnent pour former un seul organisme avec un seul noyau diploïde. Cette cellule diploïde unique se développe ensuite en plasmode. L'accouplement des 2 amiboïdes est contrôlé par plusieurs loci d'accouplement multi-allèles.

Physarum polycephalum, lorsqu'il est sous forme amiboïde, peut répondre à des conditions de stress en formant un cyste. Sous forme plasmodiale, Physarum répond à la famine et à la lumière en sporulant. Cependant, si les conditions de stress surviennent en l'absence de lumière, le plasmode formera un sclérote, un ensemble de macrocystes (également appelés sphérules) entourés d'une couche protectrice dure et sèche. Les sclérotes peuvent se former en réponse à un certain nombre de stimuli, notamment la famine, la sécheresse, le froid, un pH faible et des solutions à pression osmotique élevée et l'exposition à certains métaux lourds. Selon les conditions, un sclérote peut être rétabli sous la forme active de l'organisme pendant des mois après sa formation.

Alimentation

Physarum sous forme plasmodiale utilise la phagocytose pour ingérer sa nourriture, constituée de petites particules de matière organique, de bactéries et d'autres micro-organismes. Il sécrète également des enzymes pour décomposer les matières, qui sont ensuite absorbées par pinocytose. Lorsqu'elle se nourrit, la forme plasmodiale de Physarum se déplace en utilisant un mouvement lent.

La partie de l'organisme qui est à l'avant-garde de la recherche de nourriture a une configuration en forme d'éventail. Au fur et à mesure que l'organisme recherche et ingère de la nourriture, le contenu cellulaire circule d'avant en arrière à des intervalles d'environ 60 secondes à travers un réseau de tubes ressemblant à des veines. Une seule veine peut mesurer jusqu'à 1 mm de diamètre et le flux peut être facilement observé à l'aide d'un stéréomicroscope. Le matériau absorbé est distribué dans toute la cellule grâce à ce mécanisme. Le réseau de tubes se réorganise au fur et à mesure que l'organisme se déplace à la recherche de nourriture.

Le flux périodique de nourriture est réalisé grâce à la création de gradients de pression hydraulique. La contraction du réseau d'actomyosine au sein du plasmode crée ces gradients de pression. Le réseau d'actomyosine fait partie d'un vaste réseau de microfilaments qui existe dans l'ensemble du plasmode. Plusieurs autres protéines sont associées à ce réseau. En tant que groupe, ces protéines sont appelées protéines liant l'actine (fimbrines, filamines, gelsolines, vinculines, tropomyosines, etc.) et jouent un rôle dans l'exécution des fonctions du réseau d'actomyosine, y compris sa réorganisation.

Les stratégies utilisées par la forme plasmodiale de Physarum pour trouver de la nourriture sont étonnamment complexes. À la base, l'organisme détecte la nourriture à distance, détecte quand il s'en rapproche ou s'en éloigne et ajuste son mouvement en fonction des informations qu'il reçoit. Ceci est un exemple simple de chimiotaxie.

Cependant, l'organisme dispose d'au moins une stratégie supplémentaire pour optimiser la façon dont il recherche de la nourriture dans un environnement. Lorsqu'il cherche de la nourriture, le plasmode évite les zones qu'il a explorées jusqu'à ce qu'il ait couvert toutes les zones inexplorées. On pense que ce comportement augmente l'efficacité de sa recherche de nourriture. Ce type de stratégie de recherche de nourriture est observé et étudié depuis longtemps dans des organismes plus complexes dotés d'une mémoire neurologique interne qui peut être utilisée pour se rappeler où se trouvait l'organisme.

Mais Physarum polycephalum est un organisme unicellulaire sans réseau neuronal de mémorisation. En l'absence de mémoire neurologique, l'organisme crée une sorte de mémoire externe en laissant une trace visqueuse dans les zones dont il se retire. L'organisme évite alors fortement les zones présentant une trace visqueuse jusqu'à ce qu'il ait exploré toutes les zones sans résidus visqueux ou jusqu'à ce qu'une nouvelle source de nourriture soit placée dans la zone recouverte de mucus.

De plus, dans le cadre de son comportement de recherche de nourriture, Physarum peut former des réseaux reliant plusieurs sources de nourriture. Ces réseaux sont similaires à ceux créés par les humains en termes d'efficacité. Par exemple, un groupe de recherche intéressé par le coût, l'efficacité et la résilience des réseaux a émis l'hypothèse qu'un organisme biologique tel que P. polycephalum, dont les stratégies de formation de réseaux ont été perfectionnées par des années de sélection naturelle, pourrait constituer une bonne source d'inspiration pour la création de réseaux. qui équilibrent de manière optimale ces 3 caractéristiques.

En rapport avec "blob"

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• myxomycète

  

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  Le blobfish est un poisson marin bathyal au corps mou et gélatineux, qui vit dans l'océan Pacifique australien à des profondeurs entre 600 et 1 200 m.

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