Après avoir colonisé la terre ferme il y a environ 470 millions d'années, les plantes se sont répandues dans le monde entier et on les trouve désormais sur tous les continents : du Perle antarctique de la péninsule Antarctique jusqu'aux rhododendrons des écosystèmes himalayens. Malgré ce succès incontesté, on peut imaginer que tous les endroits ne sont pas faciles à vivre et, par exemple, il existe certains environnements où les conditions sont si défavorables que les scientifiques ont décidé de les appeler « »environnements extrêmes" .

Un bon exemple de ce type d'environnements est inselbergs, qui sont d'énormes affleurements de granit qui font saillie à divers endroits du monde. Dans ces endroits, les plantes s’établissent presque directement dans la roche ou dans des sols très peu profonds. Lorsqu'elles poussent dans un tel substrat, les plantes sont confrontées à des conditions très stressantes, telles que d'immenses changements de température tout au long de la journée (de 18 °C la nuit à 60 °C à midi) et une faible disponibilité d'eau. De plus, comme il s’agit de roches très anciennes – vieilles d’environ 540 millions d’années – presque les nutriments qu’elles pourraient offrir ont déjà disparu. En conséquence, les inselbergs rassemblent tous les éléments nécessaires pour rendre la vie végétale extrêmement difficile. Pourtant, contre toute attente, ces imposants monolithes abritent une grande richesse d’espèces, dont plusieurs que l’on ne trouve qu’à ces endroits. La question est : comment font-ils pour vivre dans un environnement aussi stressant ?

Les écologistes s’attendent à ce que les espèces aient tendance à avoir les mêmes caractéristiques dans des écosystèmes soumis à de telles contraintes environnementales. Dans le cas des inselbergs, les espèces posséderont nécessairement des caractéristiques qui leur permettront de tolérer le stress dû à la fois aux températures élevées et à la faible disponibilité de nutriments et d'eau dans le sol ; sinon, ils ne pourraient pas y vivre ! Cependant, est-il possible que dans cet environnement, avec autant d’espèces différentes, chacune d’entre elles se comporte réellement exactement de la même manière ? Ces questions ont été abordées par un chercheur colombien Lina Aragon dans son mémoire de maîtrise, récemment publié dans le Annals of Botany.

L'étude d'Aragon nous amène à Réserve naturelle de Bojonawi, une zone privée protégée à la frontière nord-ouest de la Colombie, où il est possible de trouver quelques affleurements du Guyanes –l’une des formations géologiques les plus anciennes de la Terre. Elle a connu cet endroit pour la première fois lors de la dernière année de ses études de premier cycle à l'Universidad de los Andes. Son mentor et superviseur, Dr Éloisa Lasso, cherchait un étudiant pour venir comme assistant de terrain pour l'un de ses projets et, par une tournure inattendue des événements, Aragón était le seul disponible ! Deux jours plus tard, ils embarquaient pour un voyage dont le scénario, selon les mots d'Aragón, ne pouvait être qualifié que de « à couper le souffle » : de grands affleurements rocheux entre le fleuve et la forêt tropicale avec une vue fascinante sur la savane à l'horizon.

Cependant, dans une interview avec Botany One, elle a avoué que les plantes vivant dans les inselbergs étaient sa faiblesse. Elle a dit : « Je Je ne pouvais pas croire qu'ils pouvaient vivre dans un rocher où il faisait 60 ºC à midi. Je ne comprenais pas comment ils poussaient sur une surface sans sol, résistant à de fortes radiations et plus de 4 mois sans eau.. Après mon retour, je savais que je ferais quelque chose là-bas.» En effet, elle est revenue à Bojonawi et, pour ses recherches de maîtrise, elle et son équipe ont caractérisé les caractéristiques morphologiques et physiologiques de trois espèces dominantes et endémiques de familles différentes : Acanthella sprucei, Mandevilla lancifolia et Tabebuia orinocensis.

Plus précisément, ils ont mesuré 22 caractéristiques liées à la régulation de l’eau, à la structure des feuilles et à la photosynthèse, notamment la surface et l’épaisseur des feuilles, la taille et la densité des stomates et la capacité photosynthétique maximale. Cette analyse approfondie leur a permis de mieux comprendre les stratégies que ces plantes exploitent pour exploiter l'eau, le carbone et la lumière. Pourtant, une telle analyse des conditions de la réserve naturelle de Bojonawi était tout sauf facile, car elle impliquait le transport de deux valises d'une valeur de plusieurs milliers de dollars vers un endroit situé à environ 700 km de la capitale colombienne, de longues conversations avec le personnel de l'aéroport expliquant pourquoi ils transportaient de telles choses dans en premier lieu et même d'apporter un chargeur électrique massif et bruyant qui pourrait supporter les mesures dans le temps caniculaire du site. Néanmoins, les efforts d’Aragón et de son équipe ont porté leurs fruits, car cette analyse détaillée a permis de mieux comprendre comment ces plantes se sont adaptées à ces conditions défavorables.

Comme prévu pour ces environnements, les trois espèces présentaient des caractéristiques morphologiques communément associées à la tolérance au stress, telles que des feuilles petites et épaisses avec une teneur élevée en matière sèche. Ces feuilles sont optimales pour les environnements stressants car leur taille réduite les empêche d’être trop exposées au soleil et de perdre des quantités excessives d’eau par transpiration. De plus, ce type de feuille est associé au stockage des ressources, une stratégie que l’on pourrait croire très utile dans des environnements où les nutriments sont extrêmement rares.

Cependant, lorsque les caractéristiques physiologiques entrent en jeu, les choses deviennent intéressantes car elles permettent de constater que, malgré l'apparente similitude morphologique des plantes, il existe des différences très importantes dans leur physiologie. Autrement dit, si la structure des feuilles de ces arbustes est assez similaire, la façon dont ils utilisent l’eau, le carbone et la lumière ne l’est pas !

D'une part, ils ont constaté que A. épicéa avait une stratégie assez risquée concernant l'utilisation de l'eau par rapport aux deux autres espèces, car elle avait la densité stomatique la plus élevée et l'eau pouvait s'en échapper rapidement. Les stomates sont de minuscules structures en forme de trous qui permettent au dioxyde de carbone d'entrer et à l'oxygène de sortir. Mais ce n’est pas seulement l’oxygène qui sort, l’eau aussi. Cet écoulement d'eau à travers les stomates génère la force nécessaire à la circulation de l'eau dans les plantes.. Ces caractéristiques impliquent que A. épicéa peut transporter beaucoup d’eau très facilement. Cependant, avoir autant de stomates signifie que les risques de perte d’eau sont encore plus élevés, ce qui facilite la déshydratation des plantes !

Malgré tout, M. lancifolia a montré une stratégie liée à une acquisition plus élevée de carbone, car ses feuilles étaient relativement plus fines et plus légères que les autres mais avaient une capacité photosynthétique plus élevée, ce qui signifie qu'elles ont été conçues pour capturer le carbone plutôt que pour le stocker. En revanche, A. épicéa les feuilles étaient plus épaisses et avaient moins de capacité d’assimilation du carbone, ce qui suggère qu’elles étaient spécialisées dans le stockage du carbone plutôt que dans son captage.

Ces résultats sont cohérents avec ce que les auteurs ont trouvé pour les caractères de photosynthèse, comme A. épicéa a un faible point de compensation de la lumière par rapport à d’autres espèces, ce qui signifie qu’elle a besoin de moins de lumière pour que la photosynthèse génère suffisamment d’énergie pour maintenir son métabolisme et commencer à stocker du carbone. En revanche, les autres espèces, notamment T. orinocensis, nécessitent plus de lumière pour avoir un bilan carbone positif.

Dans l'ensemble, les recherches d'Aragón et de ses collègues mettent en évidence l'importance d'évaluer à la fois la morphologie et la physiologie des plantes pour obtenir une image plus complète des stratégies qu'elles utilisent pour occuper certains environnements et des mécanismes qui rendent ces stratégies possibles. Comme nous l'a dit Aragón dans notre interview, « SIl y a quelque temps, ces espèces ont passé le filtre environnemental imposé par les conditions édaphiques et climatiques des Inselbergs. Depuis, ils ont utilisé différemment les ressources disponibles et limitées pour assurer leur cooccurrence.. »

Un autre résultat passionnant de cette recherche est que des caractéristiques anatomiques facilement mesurables, telles que la densité et la taille des stomates (qui ont été mesurées en prenant impressions avec du vernis à ongles!), peut fournir des informations vitales sur la manière dont les plantes utilisent le carbone et l’eau. Par exemple, ils se sont révélés fortement corrélés à d’autres caractères nécessitant un équipement sophistiqué, comme l’assimilation du carbone. En conséquence, son inclusion dans les études futures promet des informations précieuses sur la physiologie d'une plante sans nécessiter de tests coûteux ou longs – un aspect qui serait particulièrement important dans les sites éloignés, tels que la réserve naturelle de Bojonawi. Plus important encore, cette étude indique que différentes espèces végétales peuvent employer des stratégies écologiques distinctes pour surmonter les mêmes défis, même lorsqu’elles poussent côte à côte dans les conditions les plus difficiles. La fascination d'Aragon pour les environnements extrêmes ne s'est pas éteinte. Aujourd'hui doctorante à l'Université de Miami, elle étudie le páramo, un écosystème ouvert qui surgit au sommet des montagnes des tropiques américains, au-dessus des forêts, où les basses températures et les radiations élevées sont la règle plutôt que l'exception. Nous espérons qu'à l'avenir, l'Aragon continuera à nous surprendre avec de nouvelles découvertes sur la manière dont les plantes parviennent à s'implanter dans les endroits les plus inattendus.

LIRE L'ARTICLE:
Aragón, L., Messier, J., Atuesta-Escobar, N. et Lasso, E. (2023). Les arbustes tropicaux vivant en milieu extrême présentent des stratégies écologiques convergentes mais des stratégies écophysiologiques divergentes. Annals of Botany, 131(3), 491-502. https://doi.org/10.1093/aob/mcad002

Carlos A. Ordóñez-Parra

Pascal (il/lui) est un écologiste colombien des semences qui prépare actuellement son doctorat à l'Universidade Federal de Minas Gerais (Belo Horizonte, Brésil) et travaille comme rédacteur scientifique chez Botany One. Vous pouvez le suivre sur Twitter à @caordonezparra.

Traduction espagnole et portugaise par Carlos A. Ordóñez-Parra.

Photo de couverture par Lina Aragón.