Une « galaxie » de traits végétaux pour mieux comprendre le fonctionnement des écosystèmes
Brève CNRS

04 janvier 2016

Jérôme Chave

Comme tous les organismes vivants, pour survivre et se développer dans un milieu, les plantes doivent répondre à des contraintes environnementales propres. Pour cela, elles développent des caractéristiques morphologiques et physiologiques particulières appelés « traits fonctionnels », tels que la hauteur de la plante, la densité des feuilles et des tiges, la masse des graines… Bien que l’étude de modèles génériques de spécialisation des plantes soit un sujet de recherche active depuis le début du 20e siècle, il n’existait pas, jusqu’alors, d’analyse à l’échelle globale. Grâce à une base de données collaborative pour 46 000 espèces, une équipe internationale composée notamment de chercheurs du CNRS et de l’INRA a montré, dans un article publié dans la revue Nature, que malgré leur diversité, les plantes offrent des combinaisons de caractères étonnamment peu nombreuses.

 
 
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Si on imagine la grande diversité de plantes 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 données montrent que les trois quarts de la variation des traits se concentrent dans un « spectre global de forme et de fonction des plantes » autour de deux axes évolutifs majeurs. 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 coriaces et plus résistantes à la sécheresse ou à l’herbivorie.

Certaines combinaisons de traits non viables au regard des lois de la physique, sont absentes de cette constellation : par exemple une très petite plante comme l’arabette des dames ne pourrait pas supporter une noix de coco. En revanche et étonnamment, d’autres combinaisons parfaitement viables sont rares ou absentes. Les scientifiques ont également observé des combinaisons identiques 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 quasiment déserts. « Ces covariations entre traits permettent de distinguer clairement les plantes ligneuses des plantes herbacées, alors qu’elles peuvent occuper les mêmes milieux, précise Hervé Jactel de l’INRA et co-auteur de l’étude. Ceci confirme que le vivant disposent de solutions variées pour résoudre un même problème d’adaptation ».

Outre le fait de pouvoir comparer le fonctionnement d’une espèce particulière à celui de toutes les autres plantes, ce spectre global de forme et de fonction permet une représentation plus réaliste de la diversité des plantes dans les nouveaux modèles globaux de la végétation qui sont utilisés pour prédire les impacts des changements globaux sur les écosystèmes. De plus, une telle base de données devrait aider à mieux comprendre les dimensions écologiques de l’évolution des plantes depuis le passé lointain jusqu’au présent et dans le futur. « Comme la forme et les fonctions des plantes influencent de manière critique les effets de la végétation sur la séquestration du carbone ou sur la fertilité des sols, ces résultats ont des implications fondamentales pour la compréhension du fonctionnement des écosystèmes, dans le présent et dans le futur », souligne Sandra Lavorel, chercheuse CNRS et co-auteure de l’étude.
 
 

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Réference

The global spectrum of plant form and function, Díaz, S., Kattge, J., Cornelissen, J.H.C., Wright, I.J., Lavorel, S., Dray, S., Reu, B., Kleyer, M., Wirth, C., Prentice, I.C., Garnier, E., Bönisch, G., Westoby, M., Poorter, H., Reich, P.B., Moles, A.T., Dickie, J., Gillison, A.N., Zanne, A.E., Chave, J., Wright, S.J., Sheremet’ev, S.N., Jactel, H., Baraloto, C., Cerabolini, B., Pierce, S., Shipley, B., Kirkup, D., Casanoves, F., Joswig, J.S., Günther, A., Falczuk, V., Rüger, N., Mahecha, M.D. & Gorné, L.D., Nature, 23 December 2015.

Notes

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.

Source INEE CNRS