Biodiversité 4 min

Quelques patrons d'organisation servent de modèles à plus de 46 000 espèces de plantes

En analysant plus de 46 000 espèces de plantes, une équipe internationale a montré que malgré leur diversité, les plantes offrent peu de combinaisons de caractères, centrées autour de deux compromis évolutifs majeurs : d’une part la taille des plantes et de leurs organes, d’autre part l’équilibre entre la robustesse des feuilles et la capacité d’absorption du gaz carbonique.

Publié le 29 décembre 2015

illustration  Quelques patrons d'organisation servent de modèles à plus de 46 000 espèces de plantes
© INRAE, SLAGMULDER Christian
Mimosa en fleur sur le site archéologique de Volubilis (Maroc)

Les plantes vivant actuellement sur Terre représentent-elles toutes les combinaisons possibles de formes et de fonctions permettant leur croissance, leur survie et leur reproduction? Pour répondre à cette question, une équipe internationale représentant quatorze pays, et coordonnée par la chercheuse argentine Sandra Díaz (récemment élue membre étrangère de l’Académie des Sciences), a analysé le jeu de données le plus exhaustif jamais compilé pour les traits fonctionnels végétaux, en rassemblant des informations sur plus de 46 000 espèces, allant de l’arabette des dames à l’Araucaria, de la ronce à la noix du Brésil, du chanvre à l’épineux Hakea australien, du Sedum au Sequoia, du cresson au mimosa.

Un petit nombre de combinaisons de caractères…

Paysage de collines boisées dans le massif de l'Esterel (Var)
Paysage de collines boisées dans le massif de l'Esterel (Var).

Dans un article publié le 23 décembre 2015 dans la revue Nature, ces auteurs ont montré que des caractères de formes et de fonctions des plantes (appelés « traits »), tels que la hauteur d’une plante, la taille de ses feuilles et de ses graines, ainsi que les propriétés physiques et chimiques de leurs tissus foliaires et de leurs tiges, tendent à former des combinaisons étonnamment peu nombreuses. Si on imagine la grande diversité de plantes vasculaires sur Terre comme un nuage de points à six dimensions1, ce volume apparait particulièrement petit et plat par rapport à l’espace qui serait occupé si tous ces traits variaient indépendamment les uns des autres, de la même façon que la Voie Lactée n’est pas un nuage informe, mais ressemble plutôt à un disque. Les trois quarts de la variation des traits dans cet hypervolume se concentrent en fait dans un « spectre global de forme et de fonction des plantes » à deux dimensions. Un premier axe de ce plan reflète la taille des plantes et de leurs organes : le second représente la robustesse avec laquelle les feuilles sont construites et les capacités d’acquisition du carbone de la surface foliaire, allant de feuilles fragiles et très productives, à des feuilles plus difficiles à produire, très robustes, voire coriaces, et plus résistantes à la sécheresse ou à l’herbivorie.

…liées aux contraintes environnementales récentes

Miscanthus en culture et détail de la morphologie de la plante
Miscanthus en culture et détail de la morphologie de la plante

Sans aucun doute, certaines combinaisons de traits absentes de cette constellation ne seraient pas viables en regard des lois de la physique ; par exemple une très petite plante ne pourrait pas supporter une très grosse graine. En revanche, d’autres combinaisons parfaitement viables sont rares ou absentes. De même, des combinaisons identiques sont observées chez des plantes d'origines phylogénétiques différentes. De ce fait, le spectre de formes et de fonctions est occupé de manière très hétérogène : quelques "points chauds" sont encombrés d’espèces présentant des combinaisons de traits similaires, tandis que des "points froids" sont très peu occupés. « Les plantes vivant actuellement sur Terre sont les gagnantes d'un jeu de contraintes environnementales récentes. Si nous avions fait l’analyse avec les plantes qui existaient jadis, nous aurions obtenu une image bien différente. Ceci nous amène à nous interroger sur les facteurs écologiques et évolutifs qui feront le tri parmi l’ensemble des possibles dans le futur, notamment en relation avec les changements globaux : usage des sols, climat…, qui s'accélèrent à l’échelle planétaire», explique Sandra Díaz, de L’Université Nationale de Córdoba en Argentine.

La recherche de tels patrons génériques mais simples de spécialisation des plantes est un sujet de recherche active depuis le début du 20ème siècle. « Cependant, ce n’est que maintenant que nous pouvons tester ces idées à l’échelle globale grâce à la coopération internationale autour de TRY », précise Jens Kattge, le coordinateur de cette base de données de traits végétaux qui a fait passer le rêve à la réalité.

1 Une dimension par trait. Les six traits considérés comme représentatifs de l’ « organisme plante » sont : hauteur de la plante adulte, densité de la tige, taille des feuilles exprimée en surface foliaire, masse foliaire par unité de surface, teneur en azote des feuilles par unité de masse, et masse des éléments reproducteurs.

Référence

Díaz, S.et al. 2015. The global spectrum of plant form and function. Nature, 23 décembre 2015. doi: https://dx.doi.org/10.1038/nature16489

Contacts

Hervé Jactel BIOGECO Biodiversité, Gènes et Communautés

Christopher Baraloto ECOFOG Ecologie des Forêts de Guyane

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