Ces plantes qui n’ont pas besoin du Soleil pour vivre

Aujourd’hui, je vous emmène en voyage… en Malaisie ! Comme la plupart d’entre vous, je suis coincé derrière mon écran d’ordinateur en ce moment, mais ce n’est pas une excuse pour ignorer l’actualité scientifique internationale. Et ça tombe bien, car je vais vous parler d’une découverte récente faite dans le parc national du Royal Belum sur la péninsule du Myanmar, en Malaisie.

Ça fait du bien de voyager… même depuis sa chaise d’ordinateur ! (source)

Pour les personnes dont la géographie n’est pas le point fort (et je m’inclue dedans, inquiétez-vous pas), la Malaisie, c’est ici :

Localisation de la Malaisie (gauche, source)
et du parc national du Royal Belum (droite, source : Siti-Munirah et al 2021)

Cette région du monde est un des biodiversity hotspot (« points chaud » de biodiversité en français), c’est-à-dire une zone de la planète qui présente une diversité biologique élevée, directement menacée par les activités humaines. Dans le cas des zones tropicales telles que la Malaisie, il s’agit principalement de la déforestation.

Heureusement, certains gouvernements prennent des mesures pour protéger ce qui peut encore l’être, et créent des zones de réserves qui ne sont pas exploitées. C’est le cas du parc national du Royal Belum, où nos scientifiques ont fait une bien étrange rencontre…

Pour la petite histoire, les scientifiques à l’origine de la découverte et description de cette plante travaillent au Forest Research Institute Malaysia, situé proche de Kuala Lumpur (la capitale de la Malaisie), et ont tout d’abord pris connaissance de l’existence de cette plante… sur les réseaux sociaux ! En effet, un guide naturaliste du Royal Belum State Park avait posté des photos de cette plante intrigante, et les scientifiques en sont venus à la conclusion qu’il pouvait s’agit d’une nouvelle espèce. La suite, on la connait : une campagne de terrain plus tard, une nouvelle plante était répertoriée !

Sans plus attendre, je vous dévoile cette espèce révélée au grand jour par l’équipe en question : il s’agit de Thismia belumensis.

Plante entière dans son milieu naturel (source )

Mais… dites-moi, elle n’est pas très verte, pour une plante… et puis, ça ressemble plus à un cauchemar sorti tout droit de l’imaginaire de Ridley Scott plutôt qu’une sympathique petite plante de sous-bois dans la forêt tropicale… Alors, regardons de plus près ce drôle de végétal.

Vue rapprochée de Thismia belumensis. (source :  )

Non seulement, cette plante n’est pas verte et aucune feuille n’est visible… mais elle ressemble furieusement à la bouche d’un animal quand on se rapproche. Alors, que penser ? Est-ce une plante carnivore qui attire des insectes et les gobe au passage dans sa large « bouche » ? Que nenni ! C’est un peu plus complexe que ça…

Effectivement, cette plante n’est pas verte, donc elle ne peut pas réaliser la photosynthèse et utiliser l’énergie du soleil pour fabriquer sa propre nourriture (c’est-à-dire des sucres). Comment fait-elle pour se développer, se maintenir et survivre même ?

Il s’avère que les plantes du genre Thismia (qui regroupe tout de même entre 80 et 90 espèces selon les auteurs) sont ce que l’on appelle « mycohétérotrophes » : cela signifie que ces plantes se développent au dépend des champignons du sol. En gros, au lieu de fabriquer ses propres sucres grâce à la photosynthèse, la plante utilise son système racinaire pour aller « pomper » les sucres fabriqués par les champignons dans le sol. On assiste donc ici à une relation de parasitisme au bénéfice de la plante, alors que la plupart du temps c’est le champignon qui sera le parasite.

On peut même aller plus loin et dire que les champignons servent de lien de transfert direct du carbone depuis les plantes chlorophylliennes jusqu’à nos plantes mycohétérotrophes ! Pour résumer la chose, voici un petit schéma :

Lien trophiques entre les plantes et les champignons dans le sol, avec les transferts de carbone (=sucres) associés. (Source)

Dans notre cas, il s’agit d’une relation de parasitisme et non de symbiose (comme avec les mycorhizes) car c’est une relation à sens unique : la plante récupère les nutriments et sucres auprès du champignon mais ne redonne rien en échange.

Quant à la forme de cette fleur, eh bien… les chercheurs n’ont pas encore trouvé d’explication ! ce qui est encore plus étrange, c’est que chez le genre Thismia, les fleurs ont la plupart du temps une symétrie radiale (comme une étoile de mer si l’on veut) alors que dans notre cas, la fleur possède une symétrie bilatérale. Le mystère reste donc entier vis-à-vis de cette morphologie particulière…

A gauche, Thismia neptunis, une espèce récemment redécouverte en Malaisie (Sochor et al 2018 ); à droite,  Thismia belumensis (modifié d’après Siti-Munirah et al 2021)

D’autres exemples de mycohétérotrophie peuvent s’observer à travers le règne végétal, et pas besoin d’aller à l’autre bout du monde pour ça ! On trouve par exemple Monotropa uniflora en Amérique du Nord, dans les forêts où se trouvent des champignons de la famille des Russules (Yang et al 2006). De la même manière que les plantes du genre Thismia, la monotrope va se « brancher » sur les filaments du champignon présent dans le sol afin d’en extraire les nutriments.

Mais le plus étrange dans tout ça, c’est la mycohétérotrophie n’a pas qu’une seule origine (Merckx et al, 2013) dans le règne des végétaux ! Cette particularité se trouve dans de nombreuses lignés évolutives qui comptent principalement des plantes chlorophylliennes… alors, pourquoi cette capacité à « voler » des sucres aux champignons s’est-elle développée ? Sans avoir la réponse exacte à cette question (comme bien souvent en sciences), on peut proposer plusieurs hypothèses (Merckx et al, 2013). Par exemple, on pourrait penser que certaines plantes utilisent la mycohétérotrophie pour éviter de stocker trop de nutriments dans leurs graines : ainsi, les nouvelles plantules s’associent directement avec les filaments de champignons dans le sol, en leur « pompant » leurs réserves de sucres… c’est tout bénéfice pour la plante-mère, qui n’a pas besoin de dépenser toutes ses ressources dans sa descendance (les autres organismes s’en chargent !). D’autres hypothèses laissent entendre que le développement de la mycohétérotrophie s’est fait en même temps que la formation des premières forêts à canopée fermée… ce qui empêche la lumière d’arriver au sol ! Donc, être capable d’utiliser les ressources d’autres organismes, au lieu de faire la photosynthèse, est un avantage évolutif certain dans ces conditions d’obscurité.

En conclusion, les plantes mycohétérotrophes tirent leur subsistance du parasitisme envers les champignons… qui eux-mêmes, tirent leur nourriture soit des arbres vivants ou morts, alors on peut dire qu’au bout du compte, tous ces organismes qui sont reliés les uns autres tirent leur énergie d’une seule et même source : le soleil !

Bibliographie

·        Siti-Munirah MY, Suhaimi-Miloko Z, Zubir Ahmad MI (2021) Thismia belumensis (Thismiaceae), a remarkable new species from The Royal Belum State Park, Gerik, Perak, Peninsular Malaysia. PhytoKeys 172: 121–134. https://doi.org/10.3897/phytokeys.172.59336

·        https://www.newscientist.com/article/2162691-a-weird-underground-plant-has-been-rediscovered-after-151-years/

·        https://www.newscientist.com/article/2270144-fairy-lantern-flower-has-a-gaping-mouth-and-saps-energy-from-fungi/

·        Sochor, M., Egertova, Z., HRONEŠ, M., & DANČÁK, M. (2018). Rediscovery of Thismia neptunis (Thismiaceae) after 151 years. Phytotaxa, 340(1), 71-78.

·        S. Yang & D.H. Pfister (2006) Monotropa uniflora plants of eastern Massachusetts form mycorrhizae with a diversity of russulacean fungi, Mycologia, 98:4, 535-540, DOI: 10.1080/15572536.2006.11832656

·        Merckx, V. S. F. T., Freudenstein, J. V., Kissling, J., Christenhusz, M. J. M., Stotler, R. E., & Crandall-Stotler, B. (2013). Mycoheterotrophy. Springer, New York, NY. doi, 10, 978-1.

 

Ces plantes qui aiment se dorer au soleil

A la surface de la planète, la plupart des plantes sont vertes, en raison d’un pigment appelé chlorophylle, contenu dans leurs feuilles. La chlorophylle utilise l’énergie provenant du soleil (sous forme de photons) pour réaliser la photosynthèse, un mécanisme cellulaire à l’origine de la production de sucres indispensable à la plante pour sa croissance, son développement et sa reproduction. Tout ça j’en ai déjà parlé ici, je ne vais pas revenir là-dessus.

Mais saviez-vous que certaines plantes utilisent également la lumière du soleil pour d’autres raisons ? Que certaines espèces possèdent des feuilles et des cellules particulières qui augmentent artificiellement la température de l’organisme lorsque la météo devient plus froide ? Et que ceci est une adaptation qui augmente leur succès reproducteur (un plus grand nombre de descendants viables) et ainsi favorise la survie de l’espèce ? 

Dans un précédent article, je vous parlais de voies métaboliques permettant à certaines espèces d’élever drastiquement leur température interne par rapport au milieu ambiant, ce qui est bien utile au chou-puant pour percer la neige au printemps. Cette fois, je vais vous parler de plantes qui, à défaut d’accroitre leur température de façon autonome, sont capables d’utiliser les rayons du soleil pour rester au chaud.

Mais avant de vous expliquer le-pourquoi-du-comment, reprenons les bases sur l’effet de serre.

Petit rappel sur l’effet de serre

Vous avez certainement entendu parler des gaz à effet de serre (GES) – ou alors c’est que vous venez juste de vous réveiller d’un sommeil datant de l’ère préindustrielle, vous avez plusieurs siècles à rattraper et la liste serait trop longue à faire ici – la star au cœur des problèmes de changements climatiques qu’on connaît actuellement.

Faisons simple, un schéma vaut mieux que 1000 mots!

Schéma explicatif de l'effet de serre (Source)

La Terre, la seule et unique planète habitable connue du système solaire (et pour le moment, de l’univers à ce qu’on sache !), possède une atmosphère viable pour le développement de la vie. Cette atmosphère est une mince couche de gaz protégeant entre autres les organismes vivants des rayonnements ultraviolets mortels émis par le soleil et ayant un rôle dans notre capacité à respirer. Au passage, l’atmosphère ne fait pas plus de 100km, c’est environ la distance entre  Paris et Chartres pour les français, deux fois la distance Anvers-Bruxelles pour les belges et un peu moins du tiers de la distance entre Montréal et Québec pour les québécois.

D’après notre petit schéma, on remarque qu'une partie du rayonnement solaire est réfléchie dans l’espace par l’atmosphère et la surface terrestre. L’autre partie est absorbée par la surface terrestre, dont la température va être augmentée, et la surface terrestre va à son tour réémettre de l'énergie vers l'espace sous forme de rayonnements infrarouges.

Ces rayons infrarouges frappent les molécules de gaz à effet de serre présentes naturellement dans l’atmosphère, tels que la vapeur d’eau ou encore le dioxyde de carbone (CO₂) et réchauffent ainsi les basses couches de l’atmosphère et de la surface de la terre. Grâce à cela, nous ne gelons pas sur place et la température moyenne sur Terre avoisine les 15°C. La chaleur réémise par la terre sous forme de rayons infrarouges se retrouve ainsi en grande partie piégée par les gaz à effet de serre dans l’atmosphère, qui à leur tour réémettent une partie de la chaleur vers la surface terrestre, et s’en suit une boucle qui peut durer longtemps. Ce cycle de réchauffement nécessite donc deux conditions sine qua none : des rayonnements provenant de l’extérieur générés par le soleil, et des gaz à effet de serre capable de les piéger.

Le même principe est utilisé dans les serres artificielles pour faire pousser des légumes en hiver, à la différence qu’ici les rayons du soleil traversent le plafond de verre pour venir réchauffer le sol de la serre, qui émet des rayons infrarouges, qui eux ne peuvent pas retraverser le verre, et sont donc réfléchis vers le sol, entrainant un réchauffement supplémentaire, etc.

Une mini-serre naturelle dans une feuille

Voyez-vous où je veux en venir ? Certaines plantes sont capables d’utiliser ce principe de l’effet de serre à leur avantage, en créant des conditions idéales pour leur croissance.

Voyageons un peu à la découverte de la rhubarbe noble Rheum nobile qui pousse sur les flancs des montagnes himalayennes, vers les 4000m d’altitude.

Rheum nobile dans son milieu naturel sur les flans de l'Himalaya (source) 

À cette altitude, il n’y a plus d’arbres, et les rares plantes y sont en général toutes rabougries et peu développées. Le sol est quasiment inexistant, le substrat étant surtout constitué de cailloux inhospitaliers pour la croissance des plantes. De plus, à cette altitude, l’atmosphère filtre moins les rayons ultraviolets du soleil, qui sont tout de même des agents mutagènes néfastes au bon développement des êtres vivants.

Mais alors, comment cette rhubarbe peut-elle atteindre 2 mètres de hauteur, dans un endroit aussi peu accueillant ?

Eh bien, cette plante possède des feuilles transformées translucides, appelées des bractées, qui vont jouer le rôle du toit en verre d’une serre de culture, pour notre rhubarbe. La chaleur est ainsi conservée autour des tiges de la plante grâce à l’effet de serre!

Mais ce n’est pas fini ! Ces grandes colonnes entourées de bractées protègent ce qu’il y a de plus précieux pour la plante, à savoir ses fleurs. Une étude a montré que la présence des bractées augmente la température d’au moins 10 degrés autour des fleurs, condition indispensable à  leur développement dans un environnement qui autrement serait trop froid. Cette adaptation, vitale pour l’espèce, lui permet de produire un nombre suffisant de graines, et donc d’assurer sa descendance. L’équipe de recherche a également mis en évidence le rôle de ces bractées dans la protection du pollen contre les rayons UV, qui sont particulièrement délétères pour les étamines (=les organes sexuels producteurs de pollen dans les fleurs).

Enfin, pour ne rien enlever au charme de cette rhubarbe, il faut savoir que ses fleurs sont pollinisées par un moucheron, attiré par cette source de chaleur inespérée. L’insecte vient se protéger du froid et pollinise la plante par contact, sans oublier d’y pondre ses œufs. Pour se développer, les larves consomment généralement une partie des graines produites. Malgré les apparences, cette interaction est un mutualisme, offrant une garantie de reproduction et de survie de la descendance pour les deux espèces. Le jeu en vaut donc la chandelle!

Cette fascinante rhubarbe n’est pas la seule espèce de plantes à avoir développé cette stratégie évolutive reposant sur une mini-serre naturelle pour faciliter la production de graines. On trouve aussi l’espèce de vigne Schizopepon bryoniifolius au Japon, dont les feuilles se recourbent à l’automne pour venir protéger les fruits en maturation. Les chercheurs ont montré que sous les feuilles, la température était jusqu’à 5 degrés plus élevée que la température extérieure. Selon l’équipe de recherche, cette augmentation de température pourrait assurer une descendance plus nombreuse à la plante (=un nombre de graines plus élevé).

La vigne japonaise Schizopepon bryoniifolius avec les feuilles protectrices des fruits en maturation (source)

Concentration de chaleur : une parabole naturelle

Pour les plus vieux d’entre nous qui ont connu l’ère pré-internet, quand nous n’avions pour choix que six chaines de télévision (tu le sens le coup de vieux ?), il était possible de s’abonner au câble satellite pour avoir un peu plus de choix dans les émissions qui passaient à la télé. Il fallait alors avoir une énorme antenne sur le toit ou dans le jardin : une antenne parabolique. Le principe d’une antenne parabolique, c’est de concentrer en un seul point des signaux (ondes radios par exemple) qui arrivent d’une source lointaine, et de les amplifier.

Schéma d'une antenne parabolique (source)

La forme de l’antenne en « coquille » arrondie (la parabole, en fait) n’est pas anodine. C’est elle qui permet de concentrer un maximum de signaux sur une petite surface au même endroit. Mais ceci n’est qu’une pâle copie de ce que la nature fait avec succès depuis fort longtemps … Et encore une fois, ça a rapport à la chaleur provenant du soleil.

Une étude montre que les boutons d’or du genre Ranunculus arborent des pétales qui concentrent la lumière des rayons du soleil au centre de la fleur, à la manière d’une parabole.

Fleur de bouton d'or Ranunculus sp, avec la fonction parabolique illustrée en bas à droite (source)

Cet effet parabole a deux conséquences : D’une part, la structure particulière de l’épiderme des pétales agit comme un miroir et rend les fleurs plus « brillantes » au soleil, attirant ainsi plus de pollinisateurs. D’autre part, la concentration des rayons du soleil au centre de la fleur réchauffe les parties reproductrices, particulièrement les étamines, là où se développe le pollen… et donc, cela améliore l’efficacité de reproduction de la fleur !

Pour conclure …

Ces quelques exemples montrent que l’utilisation des rayons du soleil par les plantes dépassent la « simple » photosynthèse. Qu’il s’agisse de mini-serres ou de paraboles, les plantes sont pleines de ressources pour exploiter tout le potentiel des rayons du soleil de la même manière que tous les animaux, à savoir, pour se réchauffer !

Bibliographie

Cet article se base principalement sur trois articles publiés dans le New Scientist, qui est un journal de vulgarisation scientifique :

Extreme rhubarb : the plan that grows a greenhouse

Vine grows its own greenhouses to help fruit develop in autumn

Buttercups focus light to heat their flowers and attract insects

Ces articles de vulgarisation sont basés sur les articles scientifiques suivants :

Song, B., Zhang, Z. Q., Stöcklin, J., Yang, Y., Niu, Y., Chen, J. G., & Sun, H. (2013). Multifunctional bracts enhance plant fitness during flowering and seed development in Rheum nobile (Polygonaceae), a giant herb endemic to the high Himalayas. Oecologia, 172(2), 359-370.

Nagaoka, N., Naoe, S., Takano-Masuya, Y., & Sakai, S. (2020). Green greenhouse: leaf enclosure for fruit development of an androdioecious vine, Schizopepon bryoniifolius. Proceedings of the Royal Society B, 287(1936), 20201718.

van der Kooi, C. J., Elzenga, J. T. M., Dijksterhuis, J., & Stavenga, D. G. (2016). Functional optics of glossy buttercup flowers. JR Soc Interface 17: 20160933.

Nyctinastie toi-même !

Mais que veut dire ce drôle de mot ? C’est une nouvelle insulte à la mode ? La dernière lubie alimentaire des gens nés à la pleine lune de février de l’année 2003 ? Une position de yoga ? Une crème hydratante à base de rognures d’ongles ? Une dynastie de nyctalopes ? Une maladie causée par un empoisonnement à la nicotine ?

Et surtout qu’est-ce que ça vient faire dans la rubrique de botanique ?

Pas de panique ... je vous explique tout ! [Source]

Nyctinastie vient du grec nux qui signifie « nuit » et nastos qui se rapporte à l’idée d’un mouvement de fermeture, appliqué aux plantes terrestres. Donc, la nyctinastie décrit les mouvements des plantes durant la nuit.

Et là je vous entends vous exclamer intérieurement « Hein ? Mais comment ça les plantes ça bouge ? Pourtant mon géranium sur mon appui de fenêtre n’a pas vraiment l’air d’être équipé pour courir un marathon ! »

Que nenni jeune Padawan ! Toutes les plantes sont capables de mouvements, et ce même si elles sont des organismes fixés (il existe d’autres organismes fixés tels que les coraux et les éponges). On pensera par exemples aux plantes se tournant progressivement vers une source de lumière, ou les spectaculaires croissances en accéléré des paysages entiers dans la nature.

Mais alors, comment les plantes sont-elles capables de bouger, quand bien même elles sont fixées ? Et surtout, à quoi ça peut bien leur servir… puisqu’elles ne se déplacent pas de tout manière ? Est-ce que la fermeture des feuilles la nuit correspond à une phase de « sommeil » pour la plante ? Pour écrire cet article je me suis basé sur l’article de revue de Peter V. Minorsky publié dans Biological Review en 2019.

Comment ça marche ?

La nyctinastie s’observe chez de nombreuses plantes qui ont la particularité de voir leurs feuilles se replier une fois la nuit venue. Un peu comme une figure en origami, qui serait la plus étendue possible durant la journée pour maximiser l’absorption des rayons du soleil, puis se ferait la plus petite possible durant la nuit et surtout, qui se positionnerait en position verticale.

Un exemple de nyctinastie chez deux plantes Desmodium gyrans (gauche) et Lotus creticus (droite) [Source]

Les mécanismes cellulaires et moléculaires qui gouvernent ces mouvements sont différents selon les espèces, mais dans tous les cas, il s’agit d’une histoire de turgescence et de plasmolyse. Encore des mots compliqués, mais ne partez pas je vais expliquer ça immédiatement.

La turgescence, c’est quand les cellules sont gonflées d’eau et occupent un espace important, par opposition avec la plasmolyse où les cellules sont toutes ratatinées et flasques. Un peu comme une éponge à vaisselle qui se gorge d’eau lorsqu’elle est sous le robinet … et perd toute son eau quand on l’oublie à côté de l’évier !

Ces deux mécanismes, turgescence et plasmolyse, ont pour conséquence directe de modifier l’aspect et la forme de la plante. De la même manière que notre éponge va être plus grosse lorsqu’elle est gorgée d’eau, les tissus de la plante vont être plus rigides lorsque les cellules sont en turgescence… et à l’inverse, les tissus deviendront plus mous lorsque les cellules entrent en plasmolyse. Si ces cellules, qui changent de taille à volonté, sont situées à des endroits stratégiques de la plante, elles vont lui permettre de changer l’orientation de ses feuilles selon si elles sont turgescentes ou plasmolysées.

Les tissus qui sont capables de se contracter ou de se dilater, selon leur état de turgescence, ne sont pas répartis n’importe comment dans la plante : ils sont situés dans la partie appelée pulvinus, qui est un renflement à la base des feuilles. C’est là que tout se joue pour que les feuilles puissent avoir ce mouvement de nyctinastie.

Localisation des tissus extenseurs et fléchisseurs dans le pulvinus permettant aux feuilles d'avoir des mouvements contrôlés. [Source]

Au niveau du pulvinus, on constate deux types de tissus : les tissus fléchisseurs et les tissus extenseurs. Les mouvements d’eau dans les tissus fléchisseurs et extenseurs sont complémentaires et sont régulés par la plante elle-même, peu importe la quantité d’eau disponible dans le sol. Si la plante a besoin d’avoir ses feuilles ouvertes au maximum dans la journée, alors les tissus extenseurs seront gonflés d’eau. En revanche, si la plante doit se fermer pendant la nuit, ce sont les tissus fléchisseurs qui seront remplis d’eau et permettront à la plante de refermer ses feuilles. Cela signifie qu’en perdant leur eau, ces tissus peuvent se contracter (car les cellules sont alors plus petites) et permettent à la plante de faire bouger ses feuilles.

Au final, la plante est capable de faire ses mouvements uniquement en jouant sur la quantité d’eau que contiennent ses cellules !

Mais à quoi ça sert ? Ce qu’on pensait jusqu’à présent …

Il faut remonter aux études de Charles Darwin lui-même pour trouver une hypothèse quant à l’utilité du phénomène de nyctinastie : selon lui, il pourrait s’agir d’un mécanisme de la plante pour éviter la trop grande perte de chaleur par les feuilles lorsque la nuit arrive. Moins de surface exposée à l’extérieur est en effet synonyme de moins de dommages en cas de froid intense. Effectivement, ce mécanisme se retrouve chez les plantes de très haute montagne (comme Espeletia schultzii dans les Andes) et peut représenter une préservation de température de plus de 2°C (Smith 1974) ! Ça ne parait pas grand-chose comme ça, mais quand on est proche de 0°C, cela fait toute la différence car la plante évite ainsi de gros dommages à ses tissus par le gel.

Une autre utilité de la nyctinastie serait de permettre à la plante de « s’ébrouer » quotidiennement et ainsi éviter l’accumulation d’eau à la surface de ses feuilles. En soi, l’accumulation d’eau en elle-même n’est pas forcément un problème (bien qu’une couche d’eau à la surface des feuilles réduise l’efficacité de la photosynthèse) mais dans les pays tropicaux surtout, les bactéries et champignons profitent de la présence d’eau pour se développer. Et donc, potentiellement, une mince couche d’eau à la surface d’une feuille est un milieu favorable à la croissance de pathogènes ! La nyctinastie pourrait donc être perçue dans ce cas comme un phénomène de protection de la plante contre les pathogènes, puisque l’eau située à la surface est régulièrement retirée, mais cela reste encore une hypothèse à tester.

Dans le même temps, les plantes des milieux secs bénéficient de la nyctinastie car elle permet de réduire les pertes en eau par évapotranspiration durant la nuit. En effet, la feuille étant repliée sur elle-même, les échanges avec l’atmosphère en sont réduits … de même que la transpiration, et donc que les pertes d’eau.

Enfin (et c’est l’hypothèse la plus répandue), la nyctinastie est un mécanisme présent chez certaines plantes pour éviter l’herbivorie sur les feuilles. Effectivement, en réduisant sa surface foliaire durant la nuit, la plante rend moins accessible les parties consommables de son anatomie… les herbivores seront d’autant plus frustrés qu’ils se rabattront sur d’autres plantes plus faciles à dévorer ! Également, lors de la fermeture de la feuille, certaines plantes vont avoir des épines qui se positionnent vers l’extérieur pour dissuader encore une fois les herbivores de s’aventurer trop proche, évitant ainsi de se faire manger !

… et ce qui est nouveau : l’hypothèse tritrophique !

Encore un mot compliqué ! Tritrophique, cela décrit simplement une relation triangulaire entre la plante, les herbivores et les prédateurs des herbivores (donc carnivores).

Les plantes sont au départ face à un problème : comment se protéger des herbivores, en particulier les plus petits que sont les insectes mangeurs de feuilles ? Une plante peut repousser les insectes à l’aide de composés toxiques… mais lorsque cela ne suffit plus, quelle stratégie adopter pour éviter de se faire manger ?

Tout simplement … en facilitant la tâche pour les prédateurs dans la recherche de leurs proies ! Et c’est là que pourrait intervenir le phénomène de nyctinastie, à plusieurs niveaux.

D’abord, on en a déjà parlé, en se refermant la nuit les feuilles réduisent leur surface puisqu’elles se replient sur elles-mêmes. Si on extrapole ça à l’échelle de la canopée, cela représenterait une grosse diminution de la place que prennent les feuilles. En conséquence, il y aurait plus d’espaces libres entre les arbres. Or, certaines études mentionnent que les prédateurs aériens comme les chouettes ou les chauves souris ont besoin de plus d’espace pour évoluer dans leur milieu et pratiquer une chasse efficace (Raino et al 2010, Holt et al 2008) : la nyctinastie permettrait donc d’ouvrir des « couloirs » dans la végétation pour que les prédateurs attrapent leurs proies plus facilement. D’un point de vue acoustique également, le fait d’avoir une végétation moins dense la nuit permet aux sons de se propager plus loin (Arlettaz et al 2001) et donc aux prédateurs de détecter plus efficacement leurs proies. Enfin, la réduction de la masse foliaire pourrait permettre aux odeurs de se diffuser plus loin (Randlkofer et al 2010, Aartsma et al 2017) et de rendre ainsi les proies plus facilement détectables pour leurs prédateurs.

Pour résumer, la nyctinastie est donc un mécanisme qui permet une préservation des plantes de manière indirecte, car la réduction de la surface foliaire pendant la nuit va augmenter l’efficacité de chasse des prédateurs sur les proies, et ces dernières auront moins de temps pour aller grignoter tranquillement les feuilles.

Le mot de la fin

Indirectement, la nyctinastie est donc une innovation évolutive qui permet à certaines plantes de mieux survivre et de produire une descendance en plus grand nombre. Ce mécanisme est assez répandu à travers l’histoire des plantes pour avoir évolué de manière indépendante plusieurs fois, mais il est surtout présent dans la famille des Leguminosae (les légumineuses telles que les pois chiches, haricots verts, etc.). Une des hypothèses pouvant expliquer pourquoi on retrouve la nyctinastie plus souvent dans cette famille viendrait du fait que les légumineuses ont une teneur en azote plus élevée que les plantes des autres familles. Pour les insectes et autres herbivores, cela signifie que les feuilles des légumineuses sont plus nutritives… donc plus recherchées comme source de nourriture ! En réponse à cela, il est donc fort probable que la nyctinastie ait été activement sélectionnée dans cette famille, pour essayer de préserver au maximum les feuilles en les rendant moins accessibles aux insectes durant la nuit.

Bibliographie

Aartsma, Bianchi, van der Werf, Poelman (2017) Herbivore-induced plant volatiles and tritrophic interactions across spatial scales. New Phytologist 216, 1054 – 1063

Arlettaz, Jones, Racey (2001) Effect of acoustic clutter on preydetection by bats. Nature 414, 742 – 745

Holt, Layne (2008).  Eye  injuries  in  long-eared  owls  (Asio  otus): prevalence and survival. Journal of Raptor Research 42, 243 – 247.

Minorsky (2019) The functions of foliar nyctinasty: a review and hypothesis. Biological Review 94, pp. 216 – 229.

Oikawa et al. (2018) Ion Channels Regulate Nyctinastic Leaf Opening in Samanea saman. Current Biology 28, 2230–2238

Rainho, Augusto, Palmeirim (2010) Influence of vegetation clutter on the capacity of ground foraging bats to capture prey. Journal of Applied Ecology 47, 850 – 858.

Randlkofer, Obermaier, Hilker, Meiners (2010) Vegetation complexity — The influence of plant species diversity and plant structures on plant chemical complexity and arthropods. Basic and Applied Ecology 11, 383 – 395.

Smith (1974) Bud temperature in reference to nyctinastic leaf movement in an Andean giant rosette plant. Biotropica 6, 263 – 266.

Avez-vous déjà vu un ver zombie pénis non-nain mangeur d’os de baleines (avec aussi une histoire de harem) ?

Rencontre avec l’étrange Osedax

Derrière ce titre un peu brouillon se cache une histoire bien particulière. Laissez-moi déjà vous faire une introduction sur Osedax, notre protagoniste. Osedax est un « ver siboglinide », découvert en 2002, vivant dans les ossements de baleines mortes et se nourrissant de ces os. Mais le plus incroyable dans tout ça ? C’est qu’ils n’ont pas de bouche ni d’appareil digestif ! Comment diable font donc ces vers pour manger des os s’ils n’ont même pas une mâchoire digne d’une hyène ? Ils y vont en douceur, en dissolvant les os grâce à de l’acide. Soit, ils dissolvent les os, mais après, on peut penser qu’il faut bien les absorber avec un système digestif, ces os ! Et bien il se trouve qu’Osedax fait partie d’un des groupes de vers les plus bizarres, ces fameux « Sibloglinidae ». Je les ai mentionnés dans un article précédent (histoires de phylogénie animale). Pour rappel, les Sibloglinidae sont des vers vivant très souvent dans les profondeurs. Ces animaux n’ont pas de système digestif mais un « trophosome », un organe rempli de bactéries symbiotiques. Si, en général, les animaux sont maîtres dans l’art d’explorer de nombreuses formes lors de leur évolution, ils sont relativement (très) limités quand il s’agit d’exploiter leur environnement chimique. A l’inverse, les bactéries sont des virtuoses dans ce domaine et peuvent aisément tirer de l’énergie d’à peu près n’importe quoi : les minéraux, le souffre et même l’oxygène et la lumière (ce sont d’ailleurs d’anciennes bactéries très modifiées qui assurent ces fonctions dans nos propres cellules pour l’oxygène, ou pour la lumière, chez les plantes). Les siboglinides quant à eux sont des virtuoses dans l’utilisation de bactéries pour digérer et/ou utiliser par exemple le sulfure d’hydrogène des sources hydrothermales profondes, le bois coulé, et dans le cas d’Osedax les ossements. Utiliser des bactéries plutôt qu’un encombrant appareil digestif semble donc être une stratégie avantageuse pour les siboglinides qui prospèrent pépères là où très peu d’autres animaux y arrivent. Cette stratégie écologique particulière par rapport aux autres animaux s’accompagne d’un changement extrême de morphologie (à moins que ce soit l’inverse, bref). 

Des vers Siboglinides « connus » : Riftia, colonisant les sources hydrothermales abyssales. Source: vers bien au chaud.

Mais pourquoi Osedax est-il si spécial ?

Les siboglinides appartiennent au groupe des annélides, des vers annelés dont j’ai parlé moult fois tant ils sont divers d’un point de vue écologique et évolutif (la plupart des articles que j’ai écrit sur ce blog les mentionnent, et surtout  j’y consacre évidement des articles détaillés sur mon autre blog : Annélides). Les siboglinides ont subi un des retournements de situation les plus importants en zoologie. Si vous ne vous en souvenez pas, y’a toujours cet article : histoires de phylogénie. Pour vous le rappeler brièvement, les annélides possèdent très généralement des segments, et avec chaque segment, il y a répétition des organes vitaux. Chez certains siboglinides, seule la partie arrière présente ces segments, la large majorité du corps n’étant apparemment qu’un segment géant unique. Cette morphologie a trompé les zoologistes qui ont mis des décennies pour trouver la partie segmentée et enfin réaliser que c’étaient des annélides. Le problème chez Osedax, c’est qu’il a carrément perdu son cul (sans anus hein, je vous rappelle qu’on n’a pas de système digestif dans la famille étrange des siboglinides), et donc cette partie segmentée ne se retrouve plus. Et à la place, notre ami peut se targuer d’avoir un étrange système rappelant des racines. Oui, un ver à racines ! Ces racines possèdent des bactéries et c’est là que la digestion et l’absorption de l’os va se produire. En se ramifiant, Osedax s’assure aussi d’augmenter le volume d’os sur lequel il va pouvoir se faire un gueuleton (sans gueule encore). 

Tout ça est bien beau, mais le titre promettait du pénis ! C’est quand qu’on y vient ?… Soyez encore un peu patients, d'abord, on va parler de harem !

Voilà enfin notre ami l’Osedax avec son système de racines. Source: belle Osedax.

Et des Osedax grignotant leur os. Source : les festin de l'Osedax.

Les femelles Osedax sont des coquines…

Bon, notre ver à racines, mangeur d’os de baleine et sans tube digestif est en plus impliqué dans une histoire de harem ? Ça commence à bien faire dans le bizarre. Lors de la première découverte de ce ver, seulement des femelles ont été trouvées (tous les individus matures avaient des œufs mais n’avaient pas de sperme). Mais les scientifiques n’ont cependant pas tardé à trouver le mâle, qui est tout petit et qui vis dans le long, chaud et agréable tube qui se situe autour de la femelle. Et pas seul le coquin ! On peut trouver plusieurs mâles dans un tube, formant ainsi ce fameux harem. Mais du coup le mâle il est nain comment ? Déjà il peut être très très nain quand même, jusqu’à 100 000 fois moins large que la femelle, un record ! Mais pour continuer dans le subtile et la délicatesse de l’Osedax, les mâles sont des bébés avec de gros testicules… Oui, ce sont des larves qui ont arrêté de se développer mais possèdent quand même des testicules lorsqu’ils sont à un stade morphologiquement juvénile, du moins juvénile chez les autres annélides. Pour résumer, une femelle Osedax, c’est un animal qui passe sa vie étalée dans sa propre bouffe, couverte de petits garçons précoces avec qui elle fornique quand elle en a envie (bravo l’anthropomorphisme hein !). Pas dure la vie d’une Osedax ! Pas dure ? Oui, une fois qu’on a trouvé un os à ronger ! Ce qui n’est pas chose facile, ce n’est pas comme si les squelettes de baleines couvraient les fonds océaniques (et ça ne risque pas d’aller en s’arrangeant) ! L’os de baleine est une ressource rare, un îlot perdu au milieu du vaste fond abyssal.

Il est supposé qu’en général dans le règne animal, les mâles nains se rencontrent chez les animaux qui forment de petites populations étalées et vivant sur des ressources rares. C’est exactement ce qu’on retrouve chez Osedax. Alors c’est quoi l’avantage ? Il est communément accepté que le facteur principal soit la compétition pour les ressources. Quand la bouffe est rare, autant que le mâle ne mange pas ce qui est déjà bien assez rare pour la femelle, et qu’il se concentre sur la reproduction. Mais est-ce si simple ? Si ça l’était, il faudrait plutôt avoir toujours des mâles nains, comme ça il y a bien plus de ressources ! Ben c’est que quand même, dans la plupart des cas, malgré ce qu’en dirait une hypothétique féministe extrémiste, le mâle ça peut servir (du moins évolutivement). Et avant de rentrer dans cette discussion, laissez-moi enfin vous parler de pénis.

Illustration montrant le mâle nain (dwarf male) d’Osedax (avec quelques détails sur sa morphologie) . Source : la vie de l'Osedax.

Et la nouveauté dans tout ça ?

Ah enfin ! Récemment, juste avant Noël 2014, une nouvelle espèce d’Osedax a été décrite. Ce n’est plus tellement chose rare, 10 espèces ont été décrites depuis leur découverte. Forcément, quand on sait où chercher, on trouve. On en trouve tellement que des traces fossiles d’Osedax ont même été mises en évidence dans des ossements d’oiseaux marins éteints ! Mais la star de cet article, cette toute dernière espèce décrite, s’appelle Osedax priapus, « priapus » en référence à Priapos le Dieu grecque, personnification de la procréation et du phallus. Ce nom fait ici référence à une particularité du mâle. La femelle d’Osedax priapus, elle, a tout ce qu’il y a de plus normal pour une femelle Osedax, elle est juste plus petite que la moyenne. Tout ce qu’il y a de plus normal ? Presque : elle n’a pas de harem. Ennuyeux, non ? Ben c’est parce qu’elle ne pourrait pas contenir de mâles dans son tube, ces derniers n’étant pas nains ! Bon sang, venons-en au fait : ce sont en quelque sorte eux même des pénis. Ils vivent dans leur propre tube (victoire contre l’oppression des femelles Osedax sur les mâles !) et s’étendent grandement pour pouvoir féconder les femelles voisines. Un des spécimens mesuré passe de 2mm contracté à 15mm décontracté. Un allongement par sept fois et demi, une bonne érection donc (pour les anglophones, je vous laisse penser à des jeux de mots : « bone eater worm », soyez créatifs). En fait, à part le coté très phallique de ce mâle, c’est un Osedax typique à première vue, très similaire à une femelle.

Le mâle d’Osedax priapus en vrai (oui oui c’est juste un ver, c’est l’histoire qui est intéressante !), d’après Greg Rouse. Source : le mâle pénis.

Et un dessin du mâle d’Osedax priapus avec des détails anatomiques. Source : dessine moi un Osedax.

Osedax priapus est-il juste une exception évolutive phallique ?

Et en réalité c’est la présence de ce mâle « géant » (proportionnellement aux mâles des autres espèces)  qui a fait de la description d’Osedax priapus une découverte intéressante, le caractère phallique de ce mâle y étant lié. Alors, qu’est-ce que ça a de si incroyable ? Ceux qui ont des habitudes en biologie évolutive diront simplement que l’ancêtre des Osedax devait présenter des mâles de taille normale, qu’Osedax priapus a gardé ce caractère, mais que dans l’ensemble des autres Osedax, les mâles sont devenus nains.  Et pour tester cette hypothèse intuitive, les auteurs ont produit une phylogénie, une classification évolutive, pour être sûr que les Osedax se divisaient d’un côté en Osedax priapus, et de l’autre, en l’ensemble des Osedax avec des mâles nains. Et bien ce n’est pas ce qu’ils ont conclus. Contrairement à ce à quoi on pouvait s’attendre, Osedax priapus s’est retrouvé en plein milieu de l’arbre des Osedax. Et ça signifie qu’un des ancêtres d’Osedax priapus avait bel et bien des mâles nains. 

En quoi est-ce incroyable ? Premièrement à un moment ou à un autre, un des ancêtres des Osedax avait des mâles de forme normale vu que c’est ce qu’on retrouve chez les autres siboglinides, la majorité des annélides et même des animaux…  Une fois cette « évidence » établie, on suppose donc que l’ancêtre des Osedax a « acquis » les mâles nains. Soit. Mais souvenez-vous, c’est un évènement drastique : le mâle ne se développe plus complètement, ce n’est qu’une larve (arrêtez les féministes extrêmes, je ne dis pas que les hommes sont des larves, en plus là c’est littéral). On pourrait donc s’attendre avec l’évolution que les gènes de développement responsables de la forme adulte du mâle, de par leur inutilisation au fil des générations, se dégradent (depuis Darwin, il est supposé qu’un organe inutilisé se dégrade, pas seulement parce qu’on ne l’utilise pas (lamarckisme), mais parce que la sélection naturelle n’agit plus dessus). Il semble donc impossible de revenir à un état précédent. Surtout que là on parle de passer d’un plan d’organisation à un autre, y’a quand même une métamorphose entre une larve et un adulte d’Osedax, ce qui implique un remaniement total du corps ! Cette idée de l’irréversibilité de l’évolution est appelée « loi de Dollo », qui stipule que statistiquement il est improbable que l’évolution puisse revenir en arrière. Mais là c’est le cas, alors on fait quoi ? La théorie de l’évolution c’est pourri ? On invite les créationnistes à venir boire un café à la fac ? Bien sûr que non, comme d’habitude ce n’est pas si simple. Premièrement seuls les mâles sont nains chez Osedax. Les femelles ont toujours leur « grande » taille avec tous leurs caractères.  Ces gènes sont donc toujours présents chez la femelle, suggérant qu’ils seraient seulement inactivés chez le mâle. Pensez-y, nous avons bien des tétons : c’est le même problème. Tout caractère présent chez la femelle l’est potentiellement chez le mâle pour peu que ces caractères ne soient pas sur un chromosome sexuel (or en plus, tous les animaux n’ont pas de chromosomes sexuels).

Les deux différentes possibilités de l’évolution de la forme/taille du mâle chez Osedax. Les implications sont discutées dans l’article. Les changements sont représentés par les flèches rouges, les mâles sont en bleu et les femelles sont en rouge (oui c’est cliché mais on parle de vers là !). Schéma réalisé par mes soins.

Et si tout cela n’était pas aussi tordu que ça en a l’air ?

Ok, très bien, pourquoi pas, mais quand même, pourquoi passer d’un mâle nain à un mâle de taille plus importante ? Si c’était avantageux d’avoir des mâles nains, pourquoi se trouer le c… ah non, y’en a pas… pourquoi s’embêter à revenir sur l’ancien plan d’organisation, aussi possible cela soit-il ? Ben j’ai fait mon cachotier et y’a quelques détails sur lesquels je n’ai pas assez insisté, voir pas mentionné du tout ! Premièrement les femelles d’Osedax priapus sont parmi les plus petites des Osedax. Ensuite même si ce ne sont pas des mâles nains à proprement parler (de pauvres larves), les mâles font quand même seulement un tiers de la taille de la femelle ! Ils sont donc petits (mais pas vraiment nains/larvaires !). Plusieurs explications, un peu toutes liées peuvent justifier cette évolution. Osedax priapus n’est trouvé que sur de petits os, il est possible que ce soit un spécialiste d’un environnement éphémère où une reproduction plus rapide serait avantageuse, d’où notamment une petite taille pour le mâle comme la femelle. De plus la taille réduite de ces vers permettrait une compétition moins importante entre mâles et femelles. Bref, je ne vais pas rentrer dans les détails et il vous reste à lire la publication originale. Aussi, pour encore nuancer cette affaire, oui le mâle ressemble à une femelle, mais quand même, pas tout à fait, et il garde des traces de son passé de larve. Déjà la taille toujours réduite, mais aussi la position de la vésicule séminale, où le sperme est gardé. Chez les mâles nains la vésicule séminale se trouve à l’avant de l’animal. Et bien chez le mâle d’Osedax priapus c’est aussi le cas. Ce qui est bien pratique lorsqu’on est un pénis géant enraciné et qu’on doit s’étendre de son trou pour féconder les demoiselles alentour ! Conséquence ? Au lieu des quatre tentacules (plus exactement palpes) antérieurs des femelles, les mâles n’en ont que deux, parce que vous comprenez, il en faut de la place pour leur bel organe ! En gros, le mâle d'Osedax priapus est contraint par son passé évolutif, on parle de contrainte phylogénétique.

Et une conclusion pour dire qu’on ne peut pas trop conclure…

Alors que nous apprend toute cette histoire ? Déjà que si vous avez été surpris par le mode de reproduction d’Osedax, c’est peut-être qu’on a pas l’habitude d’entendre ce genre de chose du côté des mammifère.. Mais aussi, et surtout, qu’en biologie évolutive il est dur de faire de bonnes règles et de prévoir ce qu’il va se passer. Une annélide normale, c’est un ver avec plein de segments, un tube digestif, des mâles et des femelles de même taille, souvent fouissant dans le sable ou la vase. Là on a un ver sans segments ni tube digestif, vivant dans des os et avec un mâle aux origines évolutives naines, mais qui se retrouve être bien plus grand que ses compères. L’étonnement premier de cette réversion évolutive (un mâle ancestralement nain, qui prend une taille « raisonnable ») s’estompe bien vite lorsqu’on étudie le problème en profondeur. Aussi incroyable que ce soit :

• génétiquement ce n’est pas impossible  
• le mâle reste un faux géant (un tiers de la femelle, elle même plus petite que la moyenne, et une paire de tentacules manquante)
• l’écologie, encore très inexplorée, des Osedax pourrait nous expliquer plus en détails cette tendance évolutive.

Encore une fois, l’évolution des êtres vivants (et surtout des vers, juste parce que ils sont mes chouchous) nous réserve bien des surprises…

Pour finir, juste pour le fun ! L’expression « ver zombie » du titre vous a peut-être laissé perplexe, mais c’est simplement parce qu’ils mangent des os. Source : ver zombie.

Sources :

L’article original :

Rouse G. W., Wilson N. G., Worsaae K. et Vrjienhoek R. C. 2015. A dwarf male reversal in Bone-eating worms. Current biology, 236-241. 

La description originale du genre Osedax :

Rouse G. W., Goffredi S. K. et Vrjienhoek R. C. Bone-eating marine worms with dwarfmales. Science, 305, 668-671.

Un des bouquins qui discute des modalités évolutives de l’apparition des mâles nains :

Ghiselin M. T. 1974. The economy of nature and the evolution of sex. University of California press, Berkeley.

Et pour les Anglophones qui veulent aller plus loin :

Comment les Osedax mangent leurs os 

A propos d’unfossile d’Osedax mangeur d’os d’oiseaux 

Pour aller encore plus loin et pour montrer que les modes de reproduction chez les animaux sont très variés, il y a cette vidéo de dirty biology que vous avez probablement déjà vu: à quoi sert un pénis ?

Nicobola