On pourrait penser aux fleurs en termes de couleur et de parfum, mais qu'en est-il de leur température ? Une nouvelle revue en Annals of Botany regarde l'écologie thermale des fleurs. Dans l'article, Casper van der Kooi et ses collègues explorent comment les fleurs manipulent leur température. Pouvoir élever des organes dans la fleur peut favoriser le succès de la reproduction.

Attributs floraux qui augmentent la capture de chaleur exogène.
Caractéristiques florales favorisant la capture de chaleur exogène. A : La forme de la fleur détermine la quantité de chaleur capturée et conservée. Chez les fleurs en forme de disque, de coupe ou de cloche orientées vers le haut (I, II), les organes reproducteurs peuvent se réchauffer sous l'effet direct du soleil et grâce à la réflexion de la lumière par les pétales. Chez les fleurs pendantes (III), les organes reproducteurs captent peu de lumière solaire directe, mais la fleur peut piéger la chaleur rayonnée par le bas, et les organes reproducteurs sont moins exposés au vent et à la pluie. Chez les fleurs tubulaires (IV), relativement peu de lumière solaire directe atteint les organes reproducteurs, mais la chambre interne (partiellement) fermée peut présenter une température plus élevée grâce à un effet de serre. B : L'orientation des fleurs détermine la capture immédiate de la lumière solaire. En modifiant l'orientation de la fleur, par exemple par héliotropisme, la quantité de chaleur capturée peut être maximisée au cours de la journée. C : Les fleurs de couleur foncée peuvent absorber davantage de lumière qui peut être réémise sous forme de chaleur, bien que le rôle de la couleur dans la modification de l'environnement thermique floral semble être très spécifique à chaque système. D : Le comportement d'ouverture et de fermeture des fleurs peut protéger les organes reproducteurs des températures extrêmes, du vent ou de la pluie. E : La pubescence augmente l'épaisseur de la couche limite de la fleur, agissant comme une couche isolante et améliorant la rétention de chaleur. Image : W. Reen. Source : van der Kooi et al., 2019.

Van der Kooi a expliqué pourquoi la température est si importante pour les écologistes. « La température est un médiateur important de la floraison, et la capacité de reproduction de nombreuses espèces (via le temps ou les processus métaboliques) est limitée par les basses températures. Ainsi, dans de nombreux cas, une (légère) augmentation de la température des fleurs augmente la fenêtre de reproduction. Par exemple, lorsqu'une fleur est plus chaude, elle est plus susceptible d'être visitée plus souvent et plus longtemps par les insectes pollinisateurs. De même, les processus métaboliques sont accélérés par la température, du moins sous les climats modérés. Ainsi, une augmentation accélère la fécondation et la maturation des graines. »

Des températures plus élevées peuvent donc constituer un avantage. Van der Kooi et ses coauteurs ont étudié des fleurs correspondant à quatre catégories de formes : (1) fleurs en forme de disque et de bol, (2) clochettes inversées, (3) clochettes pendantes et (4) « micro-serres ». Dans le cas des micro-serres, l'équipe a constaté que la température à l'intérieur de la fleur peut être jusqu'à 10 °C supérieure à la température ambiante, par temps ensoleillé. Ce qui m'a frappé dans ces formes, c'est qu'elles semblent très courantes. Je me suis donc demandé si l'évolution de la gestion thermique était susceptible d'être aussi courante, voire plus courante, que celle des compositions florales pour les pollinisateurs.

Van der Kooi a déclaré : « Je n'irais pas jusqu'à dire que les températures sont plus importantes pour les fleurs que l'attraction des pollinisateurs, certainement pas, mais la gestion thermique des fleurs est assurément un phénomène très répandu. Dans presque toutes les régions non équatoriales, il y a certaines périodes de l'année ou de la journée où les plantes ne fleurissent pas. Dans de nombreux cas, cela est dû à des températures sous-optimales (souvent basses). Ainsi, pour un grand nombre d'angiospermes, la température est essentielle pour déterminer la période et la durée de leur floraison. »

Il est également tentant de considérer les couleurs comme un outil essentiel pour augmenter les températures, les fleurs plus foncées retenant la chaleur. Cependant, ce n'est pas toujours le cas. Van der Kooi a déclaré : « L'effet de la couleur sur la température est en réalité plus faible qu'on ne le pense souvent. Il semble qu'une coloration plus foncée augmente la température de quelques fleurs, mais certainement pas de toutes. Sachant que d'autres résultats négatifs montrant que la température n'y contribue pas sont moins susceptibles d'être publiés que des résultats positifs, il convient d'être prudent avant de généraliser l'importance de la couleur sur la température des fleurs. La forme et l'orientation sont probablement plus importantes dans l'ensemble, car elles contribuent à capter le rayonnement solaire et à protéger du vent. »

Outre la structure de la fleur, les auteurs prennent également en compte ses mouvements. L'héliotropisme se produit lorsque la fleur suit le soleil tout au long de la journée, une caractéristique bien connue, mais pas toujours exacte. connu dans les tournesols, où l'héliotropisme s'arrête au début de la floraison. Un autre mouvement est l'ouverture et la fermeture des fleurs. Les auteurs affirment que la fermeture nocturne pourrait également contribuer à piéger la chaleur. Ils citent des expériences montrant que la prévention de la fermeture des fleurs réduit la viabilité du pollen. Cependant, ils préviennent que cela pourrait être dû à l'humidité ou à des agents pathogènes nocturnes plutôt qu'à la température.

Van der Kooi et ses collègues étudient également les plantes qui produisent leur propre chaleur. Je connaissais Arum créant de la chaleur, mais j'ai appris l'existence du chou puant grâce au papier. “Chou puant (Symplocarpus renifolius), par exemple, maintient une température constante de 23°C, même à des températures ambiantes de -10°C…”

L'un des aspects marquants de cette étude est la multitude de possibilités de découvertes innovantes dans ce domaine. Je me demandais si l'utilisation d'une imprimante 3D pouvait donner des résultats intéressants. Cela a certainement fonctionné dans certains cas, mais peut-être pas dans celui-ci. Pour commencer, la couleur n'est pas simple à reproduire. Dans un autre article récent, van der Kooi et Stavenga discutent de la question. couleurs de coquelicotVan der Kooi a déclaré : « Les propriétés optiques sont complexes. Autrement dit, la lumière est réfléchie et transmise différemment selon les espèces de fleurs. La couleur est plus que la teinte ; la luminance et la saturation sont également importantes. Ces propriétés optiques influencent également les réflexions lumineuses internes de la fleur, qui sont importantes pour le chauffage. »

Dans le cas des coquelicots, les pétales ne sont constitués que de trois couches cellulaires. C'est une autre raison pour laquelle l'impression 3D n'est pas une solution simple, comme l'explique van der Kooi : « On est tenté de penser que l'impression 3D pourrait être utile, et c'est possible dans certaines conditions, mais la matière végétale est essentielle à la température des fleurs. Or, comme nous imprimons dans des polymères aux propriétés optiques très différentes de celles des plantes, il est difficile d'extrapoler ces résultats aux vraies fleurs. »

À long terme, ce qui est vraiment nécessaire, ce sont des études holistiques et détaillées intégrant différents aspects. Par exemple, l'orientation, la couleur et la forme ont été étudiées de manière relativement isolée, mais déterminer quel aspect est important pour quelle espèce et dans quelles conditions environnementales nécessite un dispositif de grande envergure.

Van der Kooi affirme que les études comparatives reliant des caractères floraux communs à des variables environnementales ou phylogénétiques pourraient être combinées à des travaux plus expérimentaux manipulant un caractère à la fois. Van der Kooi et ses collègues donnent un exemple du type d'expérimentation susceptible de fournir des résultats utiles dans l'article : « dans le cas de fleurs polymorphes de couleur où les organes reproducteurs sont enfermés dans le périanthe (par exemple Anthirhinum): les fleurs plus pâles sont-elles plus chaudes parce qu'elles sont plus translucides et présentent donc des effets de micro-serre plus forts, ou les fleurs plus foncées sont-elles plus chaudes en raison de la conversion de la lumière en chaleur ?

Van der Kooi conclut : « Nos recherches montrent que la température des fleurs est importante pour la fertilité des plantes et pour accroître la pollinisation animale. De plus, nous démontrons que la température des fleurs est modulée par différents facteurs, six grands facteurs principaux : la forme, l'orientation, la couleur, la pubescence, l'ouverture/fermeture et la thermogenèse. » Avec autant de facteurs à étudier, l'écologie thermique devrait être un domaine productif pour longtemps.