Il est parfois facile de simplifier à outrance l'anatomie végétale. Par exemple, les arbres n'ont pas de sang. Ils ont de la sève. On pourrait être tenté de dire qu'ils transportent la sève dans leur xylème, comme nous avons du sang dans leurs veines, mais la comparaison est superficielle. Il n'y a pas de cœur qui pompe la sève dans un arbre. Et contrairement aux humains, les arbres développent un nouvel anneau de xylème pour transporter la sève chaque année. Du moins, c'est ce que l'on pensait.

On sait que certains arbres présentent des connexions entre des cernes de croissance concentriques. De nouvelles recherches menées par Jay Wason et ses collègues ont identifié les structures anatomiques qui permettent à certaines espèces d'arbres de laisser passer l'eau à travers les anneaux de croissance annuels. Ces structures n'ont pas été identifiées de manière concluante chez de nombreuses espèces auparavant. Wason a expliqué: «Cela peut être une énorme stratégie d'économie de carbone pour de nombreux arbres dans des environnements stressants, car ils peuvent réutiliser le xylème de l'année dernière et peut être un aspect important des plantes ligneuses capables de vivre de nombreuses années sans sembler grandir en diamètre. ”

Les résultats aideront les botanistes à comprendre les liens entre l'anatomie et la fonction du xylème. Cela aidera les botanistes à en savoir plus sur comment les arbres font face aux extrêmes environnementaux.

La recherche se concentre sur l'aubier, la couche vivante de bois située entre le duramen mort et l'écorce. La taille de cette couche varie d'une espèce à l'autre. Wason explique : « La plupart des arbres produisent du bois neuf chaque année selon un schéma très prévisible, visible dans les cernes annuels en coupe transversale. La quantité d'aubier actif d'un arbre peut varier considérablement, que ce soit entre les arbres d'une même espèce ou entre les espèces. La quantité de bois transportant l'eau vers le haut de l'arbre peut varier d'un seul cerne de croissance de quelques millimètres de large à plusieurs cernes de croissance de 10 cm ou plus. »

Il est important de noter que même en présence d'une grande surface d'aubier actif, la majeure partie de l'eau (> 90 %) a tendance à s'écouler à travers le cerne de croissance de l'année en cours. Cependant, il existe une grande variabilité entre les espèces, liée à l'anatomie du bois. Nos travaux montrent que certains arbres peuvent exploiter les cernes de croissance plus anciens en cas de stress ou de dommages sur les cernes de croissance plus anciens de l'année en cours, tandis que d'autres ne le font pas.

Je pensais que le xylème pouvait agir un peu comme des pailles, mais, comme l'a expliqué Wason, c'est un peu plus compliqué que ça. « Les cernes des arbres peuvent être considérés comme un réseau de pailles interconnectées, mais cette généralisation est trop simpliste. » l'étonnante diversité anatomique au niveau microscopiqueLes pailles transportent l'eau jusqu'aux arbres et peuvent la faire passer d'une paille à l'autre pour créer une colonne d'eau continue. La plupart des pailles ont un diamètre inférieur à celui d'un cheveu humain et ne mesurent que quelques centimètres de long.

Lorsque deux pailles sont adjacentes, elles peuvent former des connexions qui permettent à l'eau de circuler entre elles. Chez de nombreuses espèces, les pailles d'une année ne se connectent pas à celles de l'année suivante. Cela peut être avantageux, car le xylème endommagé de l'année précédente n'affectera pas le nouveau xylème. Par exemple, l'un des principaux problèmes rencontrés par les plantes est que pendant la sécheresse, des bulles d'air peuvent se coincer dans les pailles, qui bloquent l'écoulement de l'eau vers les feuilles. L'absence de connexions entre les cernes signifie que l'arbre dépend entièrement de l'anneau de croissance de l'année en cours pour transporter l'eau, ce qui pourrait être risqué si cet anneau est endommagé. Ainsi, les arbres utilisent apparemment différentes stratégies pour équilibrer les risques et les avantages liés à la connexion du xylème sur plusieurs années de croissance.

Nos travaux identifient comment certaines espèces possèdent des connexions entre les pailles voisines à travers les cernes de croissance, permettant ainsi aux réseaux de chaque cerne de se connecter. Il est important de noter que les arbres dotés de ces connexions semblent également avoir d'autres adaptations. aider à limiter la probabilité que l'air voyage entre les anneaux de croissance. »

Les interconnexions entre les cernes de croissance peuvent être importantes pour faire face à des stress comme la sécheresse. Le stress peut influencer la croissance d'un cerne. L'arbre ne se contente pas de former un nouvel cerne. Il part d'un point. Wason explique : « Lorsqu'un arbre forme un cerne, il commence à croître à l'extrémité des branches et, si les conditions de croissance sont favorables, la croissance se propage le long du tronc jusqu'à la base de l'arbre. Cependant, en conditions de stress, la croissance peut s'arrêter avant la formation de l'anneau près de la base de l'arbre. Par conséquent, l'anneau partiel qui se forme dans les branches doit se connecter à l'anneau de croissance de l'année précédente pour accéder à l'eau du sol. C'est là que les interconnexions entre les cernes deviennent avantageuses. »

L'arbre ne décide pas activement comment l'eau est acheminée à travers le xylème. C'est une question de physique. Wason explique : « Lorsque l'eau s'évapore de la canopée, elle est aspirée par les racines à travers tout le réseau. Cependant, la majeure partie de l'eau s'écoulera préférentiellement par le chemin de moindre résistance, généralement le plus court, avec les plus grandes tiges et le moins de connexions à franchir. Il s'agit souvent de l'anneau de croissance en cours, mais s'il existe des connexions entre les anneaux, une partie de l'eau s'écoulera également à travers les anneaux plus anciens. Cependant, avec suffisamment de blocages dans l'anneau de croissance en cours, davantage d'eau pourrait commencer à s'écouler à travers les anneaux de croissance plus anciens. »

Étant donné que ces connexions croisées permettent de contourner les dommages, on pourrait s'attendre à ce que n'importe quel arbre les recherche. Cependant, lorsque ce dommage est une embolie, une bulle d'air qui bloque la circulation, les connexions croisées risquent de permettre à ces bulles de se propager dans des parties plus importantes de l'arbre. Ces bulles bloquent la circulation de la sève, comme les virages bloquent le flux sanguin pour un plongeur. Wason note que tous les arbres ne sont pas susceptibles d’avoir ces bulles.

De nombreux arbres, en particulier ceux qui ont de larges vaisseaux de xylème, sont presque assurés de voir des bulles d'air se former pendant l'hiver, lorsque la sève gèle et que les gaz s'échappent de la solution. Par conséquent, nous pensons que de nombreux arbres, comme le chêne, n'ont pas de connexion avec les cernes de croissance plus anciens, ce qui leur permet d'isoler les bulles d'air et de s'assurer qu'elles n'endommagent pas les cernes en formation. En revanche, des espèces comme l'érable ont des vaisseaux suffisamment petits pour traverser l'hiver sans formation excessive de bulles d'air. Il pourrait donc être moins risqué pour eux d'avoir des connexions avec les cernes de l'année précédente.

Ce qui est vraiment intéressant, c'est qu'on peut trouver des chênes et des érables dans la même forêt. On ne sait donc pas encore clairement si une stratégie est plus avantageuse qu'une autre.

Comme on pouvait s'y attendre, ces résultats expliquent que pour certains arbres, il est impossible de les vieillir en comptant les cernes. Cela les rend moins utiles pour l'archéologie ou la reconstitution climatique. Mais ne vous attendez pas à une nouvelle datation du matériel suite à cette étude. Wason a déclaré : « Les dendrochronologues veillent à n'inclure que les données issues des cernes des arbres auxquels ils peuvent attribuer une date avec certitude. Ils disposent d'un ensemble d'outils statistiques, de techniques d'échantillonnage et de protocoles de validation pour garantir l'exactitude de leurs données. Notre meilleure compréhension des connexions entre les cernes peut aider les dendrochronologues à mieux comprendre pourquoi certaines espèces d'arbres sont plus susceptibles de présenter des cernes manquants et quelles conditions y contribuent. »

Wason a déclaré : « Nos recherches sont pertinentes pour mieux comprendre les fondements anatomiques du fonctionnement des cernes des arbres pour le transport de l'eau. Ces travaux seront utiles aux scientifiques qui étudient le transport de l'eau chez les plantes ligneuses, aux dendrochronologues et aux écologues forestiers. » Les cernes manquants sont importants. À l'échelle microscopique, comprendre ces cernes pourrait aider les scientifiques à préserver la vie des arbres face à l'extrême croissante des climats. À plus grande échelle, comprendre comment et pourquoi ces cernes disparaissent permettra aux scientifiques de mieux comprendre les bilans carbone des forêts.

Ce qui pourrait sembler un simple motif de lignes peut s'avérer être un réseau complexe. Comprendre clairement la circulation de la sève devrait améliorer notre compréhension de la biodiversité forestière.