Comment le blob se déplace

Le moteur : le complexe actomyosine

Le déplacement du blob repose sur un seul moteur moléculaire : le complexe actomyosine. Ce même complexe est présent dans les cellules musculaires humaines, mais le blob l'utilise d'une façon radicalement différente.

Dans ses tubes veineux, le blob possède un réseau de filaments d'actine tapissant la paroi interne. Des molécules de myosine viennent se fixer sur ces filaments et, en consommant de l'ATP (l'énergie cellulaire), génèrent des contractions. Ces contractions compriment le tube, augmentent la pression locale et forcent le cytoplasme liquide à se déplacer vers les zones de plus basse pression.

Le résultat : un flux de cytoplasme qui circule dans les tubes, alternant régulièrement de direction selon un rythme d'environ 100 secondes par cycle.

Les deux états du cytoplasme

Le cytoplasme du blob alterne en permanence entre deux états :

• État sol (solution) : cytoplasme fluide, qui coule facilement à l'intérieur des tubes. C'est lui qui est mis en mouvement par les contractions.
• État gel : cytoplasme visqueux, quasi solide. Il forme la paroi des tubes et maintient la structure du réseau.

Ces deux états coexistent en permanence dans le même organisme. La zone centrale d'un tube est en état sol (flux possible), tandis que sa paroi est en état gel (structure rigide). Les contractions actomyosines convertissent localement du gel en sol pour faire avancer le flux.

Comment le blob "décide" d'une direction

Sans cerveau et sans système nerveux, le blob n'a aucun centre de décision. Pourtant, il explore son environnement de façon orientée, s'approche de la nourriture et s'éloigne des substances répulsives. Comment ?

La réponse est dans les oscillations couplées. Chaque région du blob génère ses propres oscillations actomyosines, à sa propre fréquence et avec sa propre amplitude. Quand le blob détecte de la nourriture dans une direction :

1. La zone de front en contact avec l'attractif commence à osciller plus fort et plus vite.
2. Ces oscillations plus fortes créent des pressions plus élevées dans cette zone.
3. Le gradient de pression résultant oriente le flux net de cytoplasme vers cette direction.
4. Le renforcement du flux élargit les tubes dans cette direction, ce qui augmente encore le flux : boucle de rétroaction positive.
5. En parallèle, les tubes qui ne mènent nulle part reçoivent moins de cytoplasme, se rétractent progressivement.

La "décision" n'est pas prise par un cerveau central. Elle émerge de la compétition entre les oscillations locales de différentes parties du réseau.

La mémoire de l'espace exploré

Le blob ne revient pas sur ses pas. Quand il explore une zone et ne trouve rien, il ne gaspille pas d'énergie à la parcourir à nouveau. Comment sait-il où il est déjà passé ?

Il laisse derrière lui une trace chimique externe : un film de glycoprotéines déposé sur le substrat lors de son passage. Quand le front de croissance rencontre cette trace, il la détecte et change de direction. C'est une mémoire externalisée, sans aucun stockage interne d'information.

Cette propriété a été utilisée pour expliquer comment le blob évite de parcourir deux fois le même chemin dans un labyrinthe. En 2012, une étude publiée dans PNAS a montré que si on retire cette trace chimique, le blob perd sa capacité à naviguer efficacement.

Pseudopodes et phagocytose

Au niveau du front de croissance, le blob émet des pseudopodes : des extensions temporaires de sa membrane, formées par un afflux local de cytoplasme. Ces pseudopodes lui permettent :

• D'explorer physiquement l'espace devant lui
• D'entourer et d'ingérer des particules de nourriture (phagocytose)
• De tester la qualité chimique du substrat avant d'avancer

Un pseudopode qui rencontre une surface attractive continue de s'étendre et se renforce. Un pseudopode qui rencontre une substance répulsive (sel, lumière forte, certain acides) se rétracte en quelques secondes. L'ensemble de ces décisions locales, à l'échelle de milliers de pseudopodes simultanés, produit le comportement global du blob.

Comparaison avec d'autres modes de déplacement

Le blob est l'un des organismes unicellulaires les plus rapides en mode de déplacement amiboïde. Il est environ 10 fois plus rapide que les amibes classiques, grâce à la puissance de son réseau veineux pressurisé.

Le rythme de 100 secondes, et pourquoi il compte

Le blob ne se déplace pas de façon continue. Tout son mouvement dérive d'un battement : le cytoplasme est propulsé dans un sens pendant environ une minute, puis reflue dans l'autre sens pendant à peu près la même durée. Le cycle complet dure typiquement de 100 à 120 secondes.

Ce battement est déjà remarquable en soi, mais l'essentiel est ailleurs. Si le flux était parfaitement symétrique, le blob oscillerait sur place sans jamais avancer. Le déplacement vient d'un léger déséquilibre : la phase qui va vers l'avant dure un peu plus longtemps ou pousse un peu plus fort que celle qui revient. Sur des centaines de cycles, ce déséquilibre minime produit une progression nette de un à quatre centimètres par heure.

Autrement dit, le blob avance comme une marée qui monte un peu plus qu'elle ne descend. C'est aussi ce déséquilibre que le réseau exploite pour prendre des décisions.

Comment un signal chimique se convertit en mouvement

1. Détection locale. Une portion de la membrane rencontre un gradient de molécules issues d'une source de nourriture.
2. Modification du calcium. La concentration en ions calcium change localement dans le cytoplasme de cette zone.
3. Changement de contraction. Le calcium module l'activité du complexe actomyosine : la zone concernée se contracte plus fort et plus souvent.
4. Appel de flux. Une contraction plus vigoureuse pousse davantage de cytoplasme vers cette zone, qui s'épaissit.
5. Renforcement. Une veine plus épaisse offre moins de résistance, capte encore plus de flux et s'élargit à nouveau. La boucle s'auto-entretient jusqu'à ce que la direction s'impose.

Il n'y a aucune étape de décision dans cette chaîne. Le comportement orienté est la conséquence mécanique d'une boucle de renforcement, et rien d'autre.

La trace de mucus, une mémoire posée au sol

Une part de sa navigation ne se joue pas à l'intérieur de lui mais sur le terrain. En progressant, le plasmode dépose une couche de mucus extracellulaire. Lorsqu'un front de croissance rencontre cette trace, il la reconnaît et se détourne.

Le résultat est une exploration nettement plus efficace : le blob ne repasse pas là où il est déjà allé, ce qui lui évite de tourner en rond dans un environnement encombré. Cette mémoire est externe, inscrite dans l'environnement et non dans l'organisme, ce qui la distingue de la mémoire par habituation. Une cellule sans neurone se dote ainsi d'un historique de ses déplacements en le déléguant au sol.