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Les communications secrètes des plantes

Les communications secrètes des plantes

Le réalisateur James Cameron a imaginé que sur la lune Pandora de la planète Polyphème - le décor sur lequel se déroule l'action du film Avatar - tous les organismes étaient connectés. Dans une scène du film, le Dr Grace Augustine (joué par l'actrice Sigourney Weaver) avertit le marin et le protagoniste que dans ce satellite naturel, les ressources sont gérées grâce à «un type de communication électrochimique entre les racines des arbres».

Le plaidoyer environnemental pour ce film, sorti en 2009, incluait l'idée principale de Suzanne Simard, scientifique à l'Université de la Colombie-Britannique à Vancouver (Canada), qui en 1997 a publié une partie de sa thèse de doctorat dans le magazineLa nature sur la façon dont les plantes interagissent les unes avec les autres. Selon leurs études, les forêts deviennent des systèmes complexes où les espèces échangent des nutriments, envoient des signaux d'alerte et interagissent avec l'environnement avec plus ou moins de succès.

Les responsables de cette collaboration sont les réseaux mycorhiziens,
c'est-à-dire la symbiose entre les champignons et les racines des plantes

L'expert étend son travail à travers le monde depuis 20 ans avec la même prémisse: les responsables de cette collaboration sont les réseaux mycorhiziens, c'est-à-dire la symbiose entre les champignons et les racines des plantes. Cette connexion, également connue sous le nom de réseau Hartig, permet l'échange de nutriments, d'eau et de carbone avec et entre les espèces végétales auxquelles ils sont connectés.

"La plupart des systèmes végétaux se développent sur cette association symbiotique dans laquelle le champignon fournit à la plante des composés inorganiques tels que l'azote ou le phosphore dont elle a besoin pour se nourrir et se développer, et la plante fournit au champignon des sucres issus de la photosynthèse", explique les informations scientifiques sur ces réseaux, que certains chercheurs ont appelés «Internet des plantes» en raison de leur similitude avec les nœuds Internet.

Malgré l’acceptation par l’ensemble de la communauté scientifique de la pertinence des interactions qui se produisent dans les mycorhizes, la controverse commence lorsque Simard qualifie ces liens de «sagesse de la forêt». Pour cette raison, d'autres chercheurs ont mis en lumière ce réseau de tuyaux souterrains de racines et d'hyphes (filaments cylindriques du corps des champignons), qui peut faire des kilomètres de long et apparaître dans tous les systèmes climatiques.

Des arbres qui échangent du carbone

En ce sens, une étude de la revueScience a montré, après cinq ans de recherche, que certains spécimens d'épicéa d'Europe de plus de 120 ans dans les forêts suisses transféraient du carbone à d'autres arbres, tant à leurs pairs qu'à ceux d'espèces différentes.

«Une forêt est plus qu'une collection d'arbres individuels.
Ils ne sont plus simplement en concurrence pour les ressources, ils les partagent. Ils agissent collectivement », dit l'auteur

«Ce fut une surprise de trouver un transfert interspécifique. Jusqu'à présent, cela ne s'est reflété que sur les semis, mais pas sur les spécimens adultes », explique Tamir Klein, géochimiste à l'Université de Bâle (Suisse) et principal auteur de l'ouvrage, pour qui au début les résultats étaient le résultat d'une erreur de calcul .

Para comprobarlo, Klein bajó de la grúa de 12 metros de altura desde la que previamente había regado las copas de los árboles con una red de tubos en los que inyectó carbono-13, un tipo de elemento más denso que el que se encuentra normalmente en l'air. «Cela nous a permis de le distinguer du matériau habituel et de retracer son transfert depuis les feuilles, où la photosynthèse a eu lieu, jusqu'à ce qu'il soit transporté vers les branches, tiges et fines racines d'autres arbres», détaille-t-il.

Une fois au sol, le chercheur israélien a creusé le sol avec son équipe jusqu'à ce qu'il atteigne le réseau de mycorhizes pour vérifier que l'isotope marqué avait voyagé du spécimen marqué aux arbres les plus proches de différentes espèces. «C'est très pertinent car cela nous permet de comprendre qu'une forêt est plus qu'une collection d'arbres individuels. Ils ne sont plus simplement en concurrence pour les ressources, ils les partagent. Ils agissent collectivement », affirme l'expert.

Dans ces mêmes forêts, l'écologiste Kevin Beiler, chercheur à l'Université d'Eberswalde (Allemagne) et disciple de Simard, a cartographié les liens entre les espèces de mycorhizes dans une forêt et les sapins de Douglas (Pseudotsuga menziesi) à travers leurs connexions génétiques.

«J'ai utilisé des marqueurs microsatellites d'ADN pour vérifier les gènes du sapin et du champignon à chaque point de jonction des cellules de la racine et des hyphes. J'ai également recueilli l'ADN de chaque arbre et l'ai comparé avec les échantillons que j'avais obtenus des racines proches de chaque spécimen », explique Beiler à Sinc.

Les résultats de ce premier échantillonnage, publiés dans leJournal of EcologOui, ils ont submergé le chercheur, qui a observé comment les racines de chaque sapin de Douglas étaient attachées à probablement «plus de 1 000 espèces de champignons mycorhiziens», dit-il. Afin d'étudier le réseau inaccessible, il a choisi d'analyser les connexions entre les mycéliums des deux champignons qui étaient le plus souvent attachés aux racines des sapins.

«J'ai découvert que les arbres les plus anciens étaient ceux avec le plus de connexions, tandis que les spécimens les plus jeunes n'étaient pas si étroitement liés au reste de la forêt», précise le scientifique allemand, qui fut l'un des premiers à inventer le terme «internet des plantes '(Bois Wide Web) à ce réseau mycorhizien avec une étude surNouveau phytologue.

Connexions pour surmonter les menaces

Ces réseaux, similaires à ceux que nous utilisons dans notre Wi-Fi domestique, risquent de se «déconnecter» en raison de l'abattage massif d'arbres. Mais face à d'autres menaces, comme l'augmentation des émissions de dioxyde de carbone, les tuyaux qui relient les arbres jouent un rôle essentiel, d'autant plus que les forêts absorbent environ 30% de ces émissions.

"Les arbres peuvent profiter de l'effet fertilisant du carbone et,
à mesure qu'ils grandissent et se reproduisent rapidement, ils absorbent une plus grande quantité de COatmosphérique"

Une équipe multidisciplinaire de scientifiques, avec la collaboration du biologiste espagnol César Terrer, de l'Imperial College de Londres, examinée dansScience 83 études sur la capacité de fertilisation des grands écosystèmes végétaux liés à l'augmentation du CO2atmosphérique.

"Une bonne partie des articles se contredisaient, mais nous avons trouvé un point commun: le facteur limitant de l'azote", explique-t-il à Sinc Terrer. Ici, un type spécial de mycorhizes est entré en jeu, les ectomycorhizes, qui sont des hyphes dechampignons associés à des espèces de conifères telles que les forêts boréales ou les régions alpines, similaires aux bouleaux ou aux pins qui ont été cités dans le reste de la recherche de l'article.

«Les ectomycorhizes ont des enzymes spéciales qui permettent aux plantes d'accéder à l'azote inorganique du sol, produit par des bactéries et des micro-organismes, en échange de glucides que les plantes produisent lors de la photosynthèse. Ainsi, les arbres peuvent profiter de l'effet fertilisant du carbone et, tout en grandissant et se reproduisant rapidement, ils absorbent une plus grande quantité de COatmosphérique », précise le scientifique, pour qui cette capacité ne dépend pas seulement de la présence d'azote dans les sols, mais de l'association des plantes avec ce type de champignons.

«Des espèces ont été observées qu'en dépit de leur croissance dans des sols où il y avait moins d'azote, les arbres se développaient davantage et absorbaient donc plus de carbone car ils étaient plus liés aux ectomycorhizes que les autres plantes nées dans des sols avec plus d'azote, mais sans la présence de ce réseau », Affirme le chercheur espagnol.

Cependant, selon Terrer, une grande partie des expériences d'absorption de carbone ont été effectuées dans des sols où le principal facteur limitant est l'azote et nous ne connaissons pas les schémas dans les écosystèmes limités en phosphore. «Cela indiquerait que les forêts de l'Amazonie ne pourraient pas absorber plus de carbone à l'avenir», prévient le chercheur.

Dans une autre étude surScience, publié en janvier dernier, le scientifique Jonathan A. Bennett de l'Université de la Colombie-Britannique s'est concentré sur les relations de 550 populations de 55 espèces d'arbres nord-américaines. Son équipe a collecté des graines et des plants des espèces dominantes de la région, ainsi que des échantillons de sol à proximité des arbres les plus anciens.

"L'hypothèse principale était que les spécimens adultes, ayant grandi pendant des décennies au même endroit, ont établi de nombreuses interactions avec d'autres organismes du sol, y compris à la fois des champignons mycorhiziens et des agents pathogènes", explique le chercheur américain.

Les résultats le confirment: les réseaux d'ectomycorhizes sont d'autant plus épais qu'ils sont proches d'un spécimen âgé. "Ceux-ci génèrent une sorte de gousse autour de chaque graine, une sorte d'armure avec laquelle les champignons protègent les petites racines des semis des agents pathogènes", explique l'expert à Sinc.

Le `` marché '' entre les plantes et les champignons

Cependant, malgré l'importance des réseaux qui relient les plantes et les champignons, les scientifiques ne savent toujours pas comment le commerce des nutriments entre eux est réglementé. Pour Marcel van der Heijden, écologiste à l'Université d'Utrecht (Pays-Bas), il ne s'agit pas de transferts mutuels, c'est-à-dire qu'ils profitent également aux deux participants, et il n'est pas clair quelle espèce domine les échanges.

"Il est impossible d'aborder l'éventail complet des interactions qui se produisent dans les réseaux de symbiose arbusculaire dans la nature, mais il semble que tous ne répondent pas à la dynamique du marché biologique", explique le Néerlandais, qui évoque une perspective similaire à l'économie, dans lequel les champignons fourniraient plus de nutriments aux plantes qui à leur tour leur fourniraient plus de carbone.

"Dans notre revue des études sur les mycorhizes arbusculaires, nous avons conclu que les plantes et les champignons peuvent réguler la distribution des ressources et favoriser l'un ou l'autre des symbiotes", souligne Van der Heijden dans une étude publiée dansPlantes naturelles dans lequel cinq dynamiques d'échange différentes ont été établies, allant du parasitisme à l'identification de la plante de son partenaire le plus bénéfique.

«Dans la symbiose, non seulement le carbone est échangé contre du phosphore ou de l'azote, mais les champignons fournissent également aux plantes d'autres nutriments tels que le cuivre, le fer ou le zinc, et des composés chimiques pour résister aux situations de stress, telles que les attaques de pathogènes ou les sécheresses.», Affirme le scientifique.

Toute la communauté scientifique n'est pas d'accord
sur les dernières interactions des plantes

Mais toute la communauté scientifique ne finit pas par s'accorder sur les dernières interactions indiquées par les Néerlandais. L'idée que les plantes sont capables d'envoyer des signaux d'alarme ou d'aide à leurs pairs soulève de nombreux doutes. Cependant, il existe des études qui pointent dans ce sens.


Envoi de signaux d'alarme

L'un d'eux est celui publié dansFrontières en phytologie par Ren Sen Zeng, ingénieur agricole à l'Université agricole du Fujian, Chine. L'équipe de Zeng a cultivé des paires de plants de tomates dans des pots. Dans certains échantillons, les plantes ont été autorisées à former des réseaux mycorhiziens, tandis que dans d'autres, cette symbiose était limitée.

Lorsque les toiles fongiques ont fini de se former, les feuilles d'une plante de chaque paire ont été pulvérisées avecAlternaria solani, un champignon qui cause la maladie de la brûlure dans les cultures agricoles. Pour empêcher les plantes d'interagir avec d'autres composés chimiques dans l'environnement, elles ont été entourées de sacs en plastique hermétiquement fermés.

Après 65 heures, Zeng a infecté la plante qui était saine dans chaque paire, mais les spécimens attachés à un réseau mycorhizien ont montré une résistance au champignon, étant moins susceptibles de tomber malades; Et quand ils l'ont fait, les niveaux de stress étaient nettement inférieurs.

Une autre recherche similaire à celle de Zeng est menée par une équipe de scientifiques de l'Université d'Aberdeen (Ecosse), dirigée par David Johnson. Pour votre étude, publiée dansInsights & Perspectives, Les fèves ont été sélectionnées, des plantes qui s'associent également entre elles avec des réseaux fongiques arbusculaires.

Certains échantillons ont été exposés à des pucerons, des espèces d'insectes dont les ravageurs sont une menace pour les cultures agricoles et forestières et le jardinage. Dans l'étude, ces organismes se sont nourris des feuilles de la fève à laquelle ils ont pu accéder. "Ceux qui étaient connectés par le biais du mycélium (masse d'hyphes du champignon) excrétaient des défenses chimiques contre les pucerons, tandis que ceux qui n'étaient pas connectés ne pouvaient pas réagir", souligne Sinc Johnson.

Ainsi, les forêts agissent comme un organisme, une immense structure qui s'articule sous le sol à travers un réseau dans lequel interagissent une distribution proéminente d'acteurs invisibles à l'œil humain, mais qui peuvent déterminer l'avenir du climat. Comprendre son fonctionnement est le défi auquel la science est toujours confrontée

Les plantes envoient-elles des messages par voie aérienne?

Les espèces végétales ne reçoivent pas seulement des stimuli par leurs racines. "Il a été constaté que les plantes détectent des composés organiques volatils (COV) avec des récepteurs chimiques dans leurs feuilles, qui à leur tour transmettent des signaux qui finissent par entraîner des changements dans l'expression des gènes", Josep Peñuelas, chercheur au CSIC au Centre for Recherche écologique et applications forestières (CREAF).

«Les plantes et autres organismes à travers l'évolution ont développé une sorte de langage, des voies biochimiques, qu'ils ont utilisé pour communiquer et agir en conséquence du message reçu», explique le scientifique, qui donne à titre d'exemple la variation des émissions de ces composés , lorsque la plante est pulvérisée avec des antibiotiques.

Peñuelas souligne comme les interactions les plus évidentes celles qui provoquent l'échange de CO2 et de l'eau. "Mais les émissions de COV sont données par centaines avec des implications environnementales sans lesquelles le fonctionnement général de la biosphère n'est pas compris", ajoute-t-il. Un exemple de ceci est la pollinisation des fleurs, dont les tissus émettent ces composés pour attirer l'attention des insectes qui porteront leur pollen.

Agence SINC


Vidéo: La vie secrète des plantes - Se reproduire - Documentaire science (Janvier 2022).