Nous constatons que l'odeur florale de l'orchidée Gymnadenia conopsea diffère entre le jour et la nuit, et l'augmentation de l'odeur du jour à la nuit est plus forte dans les populations à pollinisation nocturne. Il s'agit de la première étude à rapporter une variation génétique des rythmes d'émission des parfums floraux au sein d'une même espèce, et c'est une première étape importante pour comprendre l'évolution du parfum floral.

Parfum floral : important mais complexe

Les plantes attirent les pollinisateurs vers leurs fleurs grâce à une gamme de signaux floraux, qui incluent la forme, la taille, la couleur et le parfum floral. En particulier, les scientifiques considèrent que le parfum floral est un attractif clé pour les pollinisateurs. Cependant, nous ne comprenons toujours pas grand-chose à l'évolution et à la diversification du parfum floral car c'est un trait complexe à étudier. En effet, non seulement la composition, mais aussi la quantité et le moment des émissions de parfum floral peuvent tous varier entre les plantes individuelles et entre les espèces végétales. De plus, l'environnement de la plante influence tous ces aspects du parfum floral. Par exemple, des températures plus élevées peuvent provoquer une augmentation des émissions de parfum floral et un changement de sa composition chimique. Pourtant, si le parfum floral est important pour l'attraction des pollinisateurs, nous nous attendons à ce que sa composition et le moment de son émission correspondent aux principaux pollinisateurs et à leur temps d'activité.

Dans notre étude, nous testons si les rythmes d'émission de parfum chez l'orchidée odorante, Gymnadénia conopsea (Orchidaceae), diffèrent entre les populations dominées par la pollinisation nocturne et diurne. Nous avons étudié six populations, quatre dans le sud de la Suède et deux dans le centre de la Norvège. Nous savions d'après des études antérieures que dans le sud de la Suède, les pollinisateurs nocturnes sont plus fréquents et contribuent davantage à la pollinisation que les pollinisateurs diurnes, alors que l'inverse est vrai dans le centre de la Norvège.

Nous avons aussi transféré quelques plantes au laboratoire, pour les exposer toutes au même environnement. Nous voulions voir si nous détections des différences d'odeur entre des plantes de différentes populations également en laboratoire. Si les différences observées dans la nature disparaissent en laboratoire, cela signifie qu'elles sont causées par des différences dans l'environnement naturel (par exemple la température ou l'humidité). Si certaines différences subsistent en laboratoire, elles sont probablement génétiques et pourraient être le résultat d'une adaptation. Très peu d'études sur les parfums floraux ont fait ce test. C'est un avantage majeur de notre étude car elle apporte des informations importantes qui nous permettent de tirer des conclusions évolutives plus solides.

Nous pensions que les émissions d'odeurs devaient être les plus élevées la nuit dans les populations suédoises, et le jour dans les populations norvégiennes. Nous nous attendions à voir ces différences dans la nature ainsi qu'en laboratoire.

Comment goûter un parfum floral ?

Nous avons utilisé une méthode appelée échantillonnage dynamique de l'espace de tête. Cette méthode largement utilisée a le grand avantage de permettre non seulement l'analyse de QUELS composés sont dans le parfum floral mais, surtout, de COMBIEN de chacun des composés est émis (le taux d'émission de parfum). C'était essentiel pour notre projet car nous nous attendions à des différences dans les taux d'émission entre le jour et la nuit.

Cette méthode s'avère ne pas être aussi high-tech qu'on pourrait s'y attendre : ce dont vous avez besoin est une pompe, quelques tubes et connecteurs, un débitmètre, un piège à parfum et un sac en plastique dans lequel enfermer les fleurs que vous souhaitez échantillonner (Figure 1 AB). Vous coupez un trou en haut du sac, pour permettre à l'air d'être pompé dans le sac, à travers le piège à parfum et dans le tube qui est relié à la pompe (Figure 1C). Les pièges contiennent une substance qui capte les composés odorants. Vous devez extraire les composés avec un solvant pour obtenir vos échantillons de parfum finaux (figure 1F). Lors de l'échantillonnage du parfum, vous devez faire très attention à ne pas contaminer les échantillons : par exemple, nous ne pouvons pas porter de crème solaire (assez bien en Scandinavie) ou d'anti-moustique (pas si bien au crépuscule, figure 1E).

La partie vraiment high-tech se déroule plus tard dans le laboratoire, lorsque nous analysons les échantillons d'odeurs dans un chromatographe en phase gazeuse couplé à un spectromètre de masse (GC-MS). Cet appareil GC-MS sépare et détecte les composés présents dans l'échantillon.

Résultats

Comme prévu, nous avons constaté que l'odeur florale augmente de jour en nuit dans les populations du sud de la Suède, où la pollinisation nocturne est plus importante. Dans les deux populations norvégiennes, les émissions nocturnes d'odeurs florales sont en effet plus faibles que dans les populations suédoises. Mais, contrairement à nos attentes, l'émission d'odeur diurne est toujours inférieure à l'émission nocturne. Cela signifie qu'il n'y a pas d'inversion du rythme d'émission des odeurs en Norvège. Mais quand on regarde plus en détail, on remarque quelque chose d'intéressant : il y a des plantes aux rythmes inversés dans une des populations norvégiennes, Sølendet.

Un résultat important de notre étude est que nous constatons également ces différences en laboratoire. Cela signifie que la variation olfactive décrite sur le terrain est probablement génétique. Cela rend nos résultats plus probants. En fait, en laboratoire, les différences entre les populations deviennent encore plus claires, probablement parce que nous avons supprimé certains effets environnementaux. Ceci est important, car nous pensons que certaines de nos populations sur le terrain peuvent avoir présenté des taux d'émission d'odeur inhabituellement faibles causés par la sécheresse. Il est à noter que dans l'environnement de laboratoire commun, nous avons observé un rythme opposé pour les usines de Sølendet comme nous l'avions initialement prévu.

Implications

Notre étude suggère que différents rythmes d'émission de parfum ont évolué en réponse aux assemblages de pollinisateurs locaux, et que le moment de l'émission de parfum est un élément important de la variation du parfum. Des études antérieures sur la variation spatiale du parfum floral se sont largement concentrées sur la composition du parfum, mais cette étude indique que la composition et les rythmes d'émission doivent être pris en compte pour une compréhension complète de la variation du parfum floral. Il s'agit de la première étude à rapporter une variation génétique des rythmes d'émission de parfum floral au sein d'une même espèce et c'est une première étape importante pour comprendre l'évolution du parfum floral.

Nous essayons maintenant de passer à l'étape suivante : pouvons-nous voir la sélection naturelle sur le parfum floral en action ? Plus précisément, les pollinisateurs sélectionnent-ils en effet pour plus d'émission de parfum de certains composés ?