Les plantes poussent dans le sol. Comme la plupart des déclarations simples sur les plantes, c'est faux. Certaines plantes, épiphytes, peuvent pousser sur d'autres plantes. Les mousses sont un exemple évident, mais un autre serait les fougères. Les Aspleniaceae sont une famille de fougères dont les membres peuvent pousser soit dans le sol, soit sous forme d'épiphytes. On ne sait pas comment une espèce pourrait passer d'un mode de vie à un autre, mais la découverte d'un hémiépiphyte pourrait être un pont entre les deux modes.

Jacob Watts, co-auteur de l'article Hyménasplénium volubile: documentation de ses gamétophytes et première mention d'une hémiépiphyte chez les Aspléniacées, et étudiant en deuxième année, a expliqué ce qu'est un hémiépiphyte. "La définition d'un hémiépiphyte est une plante qui vit la moitié de son cycle de vie sur une autre plante, généralement l'écorce d'un arbre, et l'autre moitié de son cycle de vie enracinée dans le sol. Les fougères hémiépiphytes commencent comme des épiphytes, bas sur le tronc d'un arbre. Ils poussent ensuite une racine singulière jusqu'au sol. Lorsque la racine atteint le sol, la plante s'enracine terrestrement, mais elle continue à grandir sur l'arbre comme une vigne jusqu'à ce qu'elle soit mûre.

Chaque habitat a des exigences différentes. Watts a déclaré que c'est la différence de défis entre deux formes qui rend les hémiépiphytes si intéressants à étudier. « Si une plante terrestre était déracinée et attachée au côté d'un arbre, elle ne survivrait pas trop longtemps. De même, si un épiphyte était arraché de l'écorce d'un arbre et planté dans le sol, il ne serait pas non plus très heureux. Ces deux habitats ont des conditions abiotiques (non vivantes) intrinsèquement différentes auxquelles des espèces végétales spécifiques sont spécialement adaptées. Il n'y a presque aucun cas signalé de plantes pouvant survivre à la fois dans l'habitat épiphyte et dans l'habitat terrestre. En d'autres termes, il faut une plante très spéciale pour vivre dans les deux habitats en une seule vie. Les hémiépiphytes sont une exception intéressante à la règle selon laquelle les plantes sont spécialement adaptées à la survie dans un type d'habitat spécifique.

Watts a noté que la différence entre les deux habitats signifie que la même plante doit être à l'aise pour faire face à la fois à la pauvreté et à un excès de nutriments. "L'écorce d'un arbre a une disponibilité en eau inférieure à celle du sol car le sol peut stocker de l'eau pendant des semaines après la pluie, alors que l'écorce d'un arbre est sèche quelques heures après la pluie. Par conséquent, un hémiépiphyte doit être tolérant à la sécheresse, mais aussi être capable d'utiliser l'eau abondante stockée dans le sol de la forêt tropicale. De même, avec la disponibilité des éléments nutritifs, l'écorce d'un arbre contient beaucoup moins d'éléments nutritifs essentiels dont toutes les plantes ont besoin pour survivre que le sol. Ainsi, lorsqu'un hémiépiphyte est à son stade épiphyte, il doit être efficace dans l'absorption des nutriments, mais lorsque ses racines atteignent le sol, il peut puiser les nutriments du sol vers ses feuilles jusqu'au tronc.

« En général, plus haut dans le couvert forestier, les conditions environnementales sont plus lumineuses, plus chaudes et moins humides, ce qui peut être stressant pour les plantes. Ces conditions difficiles limitent la dispersion des plantes sur le sol de la forêt tropicale, ne permettant pas à la plupart des espèces végétales d'occuper le vaste espace de niche disponible dans la canopée de la forêt tropicale.

Alors qu'une fougère qui peut vivre comme hémiépiphyte pourrait bien avoir l'avantage de puiser dans deux habitats, elle a aussi des défis. Watts a déclaré qu'il y avait moins de 15 espèces hémiépiphytes connues sur les 10,000 XNUMX espèces de fougères connues dans le monde. "Ils ne peuvent germer que dans le premier mètre et demi au-dessus du sol sur le côté d'un arbre dans une forêt tropicale humide, car leurs racines doivent pouvoir atteindre le sol avant que la plante ne soit trop stressée par les conditions plus dures de l'épiphyte. habitat. En raison de leur faible diversité et de leur habitat très spécifique, on a émis l'hypothèse que les hémiépiphytes ne sont pas stables sur le plan évolutif et agissent plutôt simplement comme une espèce de pont entre deux habitats. Les hémiépiphytes sont protégés de devoir survivre tout leur cycle de vie en tant qu'épiphyte, mais ils sont également autorisés à accumuler des adaptations à la niche épiphyte afin que leurs ancêtres puissent survivre entièrement dans la canopée, déconnectés du sol.

Le virus de la chasse aux hémiépiphytes a frappé Watts presque immédiatement à son arrivée à l'université. "En tant qu'étudiant de première année à l'Université Colgate, fasciné par les plantes, j'ai rejoint le laboratoire de fougères du professeur Eddie Watkins, où j'ai eu la liberté de mener mes propres expériences et d'explorer l'écologie et la physiologie des fougères. Le professeur Watkins et moi avons voyagé ensemble au Costa Rica pour collecter des spores de fougères au début du premier été où j'ai travaillé pour lui. Le voyage a été un voyage éclair de deux semaines dans tous les biomes du Costa Rica. La forêt tropicale m'a coupé le souffle. J'ai tout de suite été accro aux plantes tropicales. Notre objectif était de collecter les spores d'autant d'espèces de fougères que possible. Nous avons conduit une voiture de location de station de recherche en station de recherche, ramassant des fougères toute la journée et préparant des «sacs de spores» toute la nuit. Quand je suis allé au Costa Rica, je ne connaissais pas une seule espèce de fougère. Quand je suis parti deux semaines plus tard, je pouvais nommer 30 à 40 genres et quelques espèces communes. La diversité que nous avons vue était stupéfiante et magnifique.

"Un jour, nous nous promenions sur le sentier de la station biologique de Las Cruces à la recherche de nouvelles fougères pour notre collection de spores lorsque nous sommes tombés sur une vallée fluviale humide contenant une fougère très inhabituelle. Cette fougère avait les caractéristiques taxonomiques de Hyménasplénium volubile, mais Eddie était confus, car il présentait une habitude de croissance intéressante, qui n'avait pas été signalée auparavant pour cette espèce. Auparavant, les gens pensaient H. volubile être un épiphyte, a expliqué Eddie. Et il s'avère que nous avons documenté son mode de croissance et découvert qu'il s'agissait d'un hémiépiphyte, le premier connu dans une immense famille de fougères.

« La précipitation de cette première découverte et ses implications m'ont permis de m'intéresser aux hémiépiphytes depuis plus d'un an maintenant. J'ai lu d'innombrables articles scientifiques sur l'écologie des hémiépiphytes et parcouru des livres sur les plantes épiphytes à la recherche de toutes les informations connues sur les hémiépiphytes pour aider à rédiger l'article qui documente cette nouvelle espèce hémiépiphyte.

Je m'intéresse également aux épiphytes, en raison de leur étonnante capacité à survivre dans la niche épiphyte, un milieu hostile. Les fougères épiphytes sont particulièrement intéressantes, car on considère généralement que les fougères sont limitées aux environnements humides et sombres, alors qu'elles constituent l'un des groupes les plus diversifiés de la canopée des forêts tropicales humides. Mes recherches portent sur les organismes exceptionnels qui présentent une plasticité phénotypique extrême (organismes capables de survivre à la fois dans la niche épiphyte et dans la niche terrestre). Seul un nombre limité de fougères peut occuper ces deux niches, du fait de leurs différences intrinsèques. Le professeur Watkins et moi-même pensons que ce sont ces exceptions qui peuvent nous apprendre des choses importantes sur la façon dont les épiphytes ont évolué à partir d'espèces terrestres.

Trouver une fougère dans la forêt tropicale du Costa Rica n'est pas si difficile. Trouver la bonne fougère au bon moment de son cycle de vie est une tout autre affaire. "Les fougères ne se trouvent généralement pas dans les parties les plus inaccessibles de la forêt", a déclaré Watts, "mais leurs petits gamétophytes indépendants (le stade sexuel du cycle de vie des fougères) sont généralement très difficiles à trouver. Il faut se mettre à quatre pattes et utiliser une loupe pour les voir. J'ai mis mon visage dans de nombreux tas de terre et crevasses de racines pour essayer de trouver des gamétophytes de fougère.

« Le travail sur le terrain peut être difficile, mais je trouve très agréable de passer une journée dans la forêt, à ramasser et à mesurer les plantes. Les journées sont longues, chaudes et humides. Les insectes et les serpents de la forêt tropicale peuvent être un danger, mais les belles plantes et la réflexion sur la façon dont ces plantes interagissent avec leur environnement en valent la peine. Je n'ai jamais regretté une seule journée de travail sur le terrain.

Ce n'était pas seulement l'état de la fougère qui disait à Watts qu'il avait trouvé quelque chose de spécial. Il a également observé un changement dans le comportement d'un de ses collègues. "Je pouvais dire que c'était une grande découverte quand Eddie continuait à se promener frénétiquement avec son appareil photo puissant en parlant rapidement de l'aspect inhabituel de cette fougère."

Ils ont ensuite trouvé plus de plantes juvéniles qui poussaient comme des épiphytes et des plantes matures qui étaient reliées au sol par une longue et fine racine de la base du rhizome à la terre. "Nous nous sommes précipités au laboratoire", a déclaré Watts, "pour prendre d'autres photos de chaque étape du cycle de vie de la fougère au microscope et presser la plante comme référence pour les futurs chercheurs. Nous avons également appelé Robbin Moran, co-auteur de l'article et l'un des experts mondiaux des fougères d'Amérique centrale, et lui avons posé des questions sur la plante. Il a été choqué que nous ayons trouvé cette plante à Las Cruces parce qu'il cherchait cette fougère depuis dix ans.

Repérer la même fougère à différents stades a montré comment la plante poussait vers le sol et non vers le haut. Cela signifiait qu'il ne pouvait pas s'agir d'une espèce grimpant aux racines. "Les grimpeurs de racines (et les grimpeurs de rhizomes) sont des plantes qui utilisent leurs racines (ou rhizomes) pour grimper sur un arbre ou sur le feuillage d'autres arbustes pour recueillir plus de soleil dans le sous-étage sombre de la forêt tropicale.", A déclaré Watts. "De cette façon, ils peuvent surpasser les autres plantes sans avoir à supporter leur propre poids avec des matériaux énergétiquement coûteux tels que la cellulose et la lignine, qui rendent les tiges des plantes plus fortes et capables de pousser plus haut. De cette façon, les hémiépiphytes et les grimpeurs de racines sont similaires, car ils utilisent tous les deux des arbres comme support et grimpent tous les deux plus haut que les plantes du sous-étage qui les entourent. Ils germent dans le sol et poussent toute leur vie sans se déconnecter du sol. Ils ont certains traits qui peuvent les pré-adapter à la niche épiphyte. Par exemple, tout comme les épiphytes, les racines des grimpeurs poussent hors du sol et peuvent fonctionner comme une racine épiphyte. Cependant, aucune étude phylogénétique n'a démontré que les grimpeurs de racines occupent une position ancestrale par rapport à un groupe épiphyte.

"La découverte du premier hémiépiphyte chez les Aspleniaceae, une famille de 700 espèces, a de grandes implications pour l'évolution de l'épiphytisme dans ce groupe. Certains chercheurs sont sceptiques quant à l'hypothèse selon laquelle les hémiépiphytes agissent comme un pont évolutif entre le sol forestier et la canopée, mais chaque nouvelle découverte d'un hémiépiphyte peut aider à fournir une meilleure image de l'évolution des épiphytes.

Watts a déclaré que cette découverte met en évidence tout ce qu'il y a à trouver dans les forêts tropicales. Pourtant c'est un habitat en danger. « Il est important de reconnaître que les forêts tropicales sont des écosystèmes menacés par les incendies, le changement climatique et la déforestation. Pourtant, nous décrivons toujours la diversité au sein de ces forêts hyper-diversifiées. De nouvelles espèces sont découvertes chaque jour et Hyménasplénium volubile être classé comme hémiépiphyte n'est qu'une goutte d'eau dans l'océan par rapport à la diversité qui reste à comprendre. Les épiphytes jouent un rôle important dans le maintien d'une bonne santé de la forêt tropicale, et on ne sait presque rien sur la façon dont la diversité et l'abondance des épiphytes vont changer à mesure que le climat change. Alors que nous continuons à affiner notre compréhension de l'évolution des épiphytes, nous pouvons également mieux comprendre leurs limites nuancées et comment ces limites seront repoussées alors que les espèces épiphytes commencent inévitablement à connaître des environnements de plus en plus stressants.