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!
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| 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.
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| 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).
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| 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.
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| 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.
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| 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 !
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.
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