26.4 : Le rôle des plantes à graines

Compétences à développer

• Expliquer comment la diversité des angiospermes est due, en partie, à de multiples interactions avec les animaux
• Décrire les manières dont se produit la pollinisation
• Discutez du rôle des plantes dans les écosystèmes et de la façon dont la déforestation menace la biodiversité végétale

Sans plantes à graines, la vie telle que nous la connaissons ne serait pas possible. Les plantes jouent un rôle clé dans le maintien des écosystèmes terrestres grâce à la stabilisation des sols, au cycle du carbone et à la modération du climat. Les grandes forêts tropicales libèrent de l'oxygène et agissent comme des puits de dioxyde de carbone. Les plantes à graines abritent de nombreuses formes de vie et nourrissent les herbivores, nourrissant ainsi indirectement les carnivores. Les métabolites secondaires végétaux sont utilisés à des fins médicinales et industrielles.

Animaux et plantes : Herbivorie

La coévolution des plantes à fleurs et des insectes est une hypothèse qui a reçu beaucoup d'attention et de soutien, notamment parce que les angiospermes et les insectes se sont diversifiés à peu près au même moment au Mésozoïque moyen. De nombreux auteurs ont attribué la diversité des plantes et des insectes à la pollinisation et à l'herbivorie, ou à la consommation de plantes par les insectes et autres animaux. On pense que cela a été autant une force motrice que la pollinisation. La coévolution des herbivores et des défenses végétales est observée dans la nature. Contrairement aux animaux, la plupart des plantes ne peuvent pas dépasser les prédateurs ou utiliser le mimétisme pour se cacher des animaux affamés. Une sorte de course aux armements existe entre plantes et herbivores. Pour « combattre » les herbivores, certaines graines de plantes, comme le gland et le kaki non mûri, sont riches en alcaloïdes et donc peu savoureuses pour certains animaux. D'autres plantes sont protégées par l'écorce, bien que certains animaux aient développé des embouts buccaux spécialisés pour déchirer et mâcher le matériel végétal. Les épines et les épines (Figure\(\PageIndex{1}\)) dissuadent la plupart des animaux, à l'exception des mammifères à fourrure épaisse, et certains oiseaux ont un bec spécialisé pour contourner ces défenses.

Figure\(\PageIndex{1}\) : (a) Les épines et (b) les épines sont des exemples de défenses végétales. (crédit a : modification d'une œuvre de Jon Sullivan ; crédit b : modification d'une œuvre de I. Sáček, Sr.)

L'herbivorie a été utilisée par les plantes à graines pour leur propre bénéfice dans le cadre de relations mutualistes. La dispersion des fruits par les animaux en est l'exemple le plus frappant. La plante offre à l'herbivore une source nutritive de nourriture en échange de la diffusion du matériel génétique de la plante sur une zone plus étendue.

Le cas des acacias et des fourmis est un exemple extrême de collaboration entre un animal et une plante. Les arbres fournissent des abris et de la nourriture aux insectes. En retour, les fourmis découragent les herbivores, invertébrés et vertébrés, en piquant et en attaquant les insectes mangeurs de feuilles.

Animaux et plantes : Pollinisation

Les graminées constituent un groupe efficace de plantes à fleurs pollinisées par le vent. Ils produisent de grandes quantités de pollen poudreux transporté sur de grandes distances par le vent. Les fleurs sont petites et ressemblent à des flèches. Les grands arbres tels que les chênes, les érables et les bouleaux sont également pollinisés par le vent.

Plus de 80 pour cent des angiospermes dépendent des animaux pour la pollinisation, c'est-à-dire le transfert du pollen de l'anthère au stigmate. Par conséquent, les plantes ont développé de nombreuses adaptations pour attirer les pollinisateurs. La spécificité des structures végétales spécialisées qui ciblent les animaux peut être très surprenante. Il est possible, par exemple, de déterminer le type de pollinisateur préféré par une plante uniquement à partir des caractéristiques de la fleur. De nombreuses fleurs pollinisées par des oiseaux ou des insectes sécrètent du nectar, qui est un liquide sucré. Ils produisent également à la fois du pollen fertile, destiné à la reproduction, et du pollen stérile riche en nutriments pour les oiseaux et les insectes.

Figure\(\PageIndex{2}\) : Lorsqu'une abeille recueille le nectar d'une fleur, celui-ci est saupoudré de pollen, qu'elle disperse ensuite sur d'autres fleurs. (crédit : John Severns)

Les papillons et les abeilles peuvent détecter les rayons ultraviolets. Les fleurs qui attirent ces pollinisateurs présentent généralement un profil de faible réflectance ultraviolette qui les aide à localiser rapidement le centre de la fleur et à recueillir le nectar lorsqu'elles sont saupoudrées de pollen (Figure\(\PageIndex{2}\)). Les grandes fleurs rouges peu odorantes et en forme d'entonnoir sont préférées par les colibris, qui ont une bonne perception des couleurs, un mauvais sens de l'odorat et ont besoin d'un perchoir solide. Les fleurs blanches ouvertes la nuit attirent les papillons. D'autres animaux, tels que les chauves-souris, les lémuriens et les lézards, peuvent également agir comme agents pollinisateurs. Toute perturbation de ces interactions, telle que la disparition des abeilles à la suite de troubles liés à l'effondrement des colonies, peut entraîner un désastre pour les industries agricoles qui dépendent fortement des cultures pollinisées.

Lien entre une méthode scientifique : tester l'attraction des mouches par l'odeur de chair pourrie

Question : Les fleurs qui donnent des indices aux abeilles attirent-elles les charognes si elles sont pulvérisées avec des composés qui sentent la chair pourrie ?

Contexte : La visite des fleurs par les mouches pollinisatrices dépend principalement de l'odorat. Les mouches sont attirées par la chair pourrie et les charognes. L'odeur putride semble être le principal attrait. Les polyamines putrescine et cadavérine, qui sont les produits de la dégradation des protéines après la mort des animaux, sont à l'origine de l'odeur âcre de la viande en décomposition. Certaines plantes attirent stratégiquement les mouches en synthétisant des polyamines similaires à celles générées par la décomposition de la chair et attirent ainsi les charognes.

Les mouches recherchent les animaux morts parce qu'elles y pondent normalement leurs œufs et que leurs asticots se nourrissent de la chair en décomposition. Il est intéressant de noter que l'heure du décès peut être déterminée par un entomologiste médico-légal en fonction du stade et du type d'asticots prélevés sur des cadavres.

Hypothèse : Comme les mouches sont attirées par d'autres organismes par leur odorat et non par leur vue, une fleur qui attire normalement les abeilles en raison de ses couleurs attirera les mouches si elle est aspergée de polyamines similaires à celles produites par la décomposition de la chair.

Testez l'hypothèse :

1. Sélectionnez les fleurs généralement pollinisées par les abeilles. Le pétunia blanc peut être un bon choix.
2. Divisez les fleurs en deux groupes et, en portant des lunettes de protection et des gants, vaporisez sur un groupe une solution de putrescine ou de cadavérine. (Le dichlorhydrate de putrescine est généralement disponible à une concentration de 98 pour cent ; il peut être dilué à environ 50 pour cent pour cette expérience.)
3. Placez les fleurs dans un endroit où les mouches sont présentes, en séparant les fleurs pulvérisées des fleurs non pulvérisées.
4. Observez le mouvement des mouches pendant une heure. Inscrivez le nombre de visites des fleurs à l'aide d'un tableau similaire au tableau\(\PageIndex{1}\). Compte tenu du mouvement rapide des mouches, il peut être utile d'utiliser une caméra vidéo pour enregistrer l'interaction mouche—fleur. Rejouez la vidéo au ralenti pour obtenir un enregistrement précis du nombre de visites des fleurs par les mouches.
5. Répétez l'expérience quatre fois de plus avec la même espèce de fleur, mais en utilisant des spécimens différents.
6. Répétez l'expérience complète avec un type de fleur différent qui est normalement pollinisé par les abeilles.

Tableau\(\PageIndex{1}\) : Résultats du nombre de visites effectuées par les mouches sur des fleurs traitées et des fleurs contrôles/non pulvérisées

Numéro d'essai	Fleurs pulvérisées	Fleurs non pulvérisées
1
2
3
4
5

Analysez vos données : passez en revue les données que vous avez enregistrées. Faites la moyenne du nombre de visites effectuées par les mouches sur les fleurs traitées au cours des cinq essais (sur le premier type de fleur) et comparez-les au nombre moyen de visites effectuées par les mouches sur les fleurs non pulvérisées ou témoins. Pouvez-vous tirer des conclusions concernant l'attrait des mouches pour les fleurs pulvérisées ?

Pour le deuxième type de fleur utilisé, faites la moyenne du nombre de visites effectuées par les mouches sur les fleurs traitées au cours des cinq essais, puis comparez-le et mettez-le en contraste avec le nombre moyen de visites effectuées par les mouches sur les fleurs non pulvérisées ou témoins. Pouvez-vous tirer des conclusions concernant l'attrait des mouches pour les fleurs pulvérisées ?

Comparez et comparez le nombre moyen de visites effectuées par les mouches pour les deux types de fleurs. Pouvez-vous tirer des conclusions quant à savoir si l'apparence de la fleur a eu un impact sur l'attraction des mouches ? L'odeur l'emportait-elle sur les différences d'apparence ou les mouches étaient-elles plus attirées par un type de fleur qu'un autre ?

Formez une conclusion : les résultats soutiennent-ils l'hypothèse ? Si ce n'est pas le cas, comment expliquer cela ?

L'importance des plantes à graines dans la vie humaine

Les plantes à graines constituent la base de l'alimentation humaine dans le monde entier (Figure\(\PageIndex{3}\)). De nombreuses sociétés mangent presque exclusivement des plats végétariens et dépendent uniquement des plantes à graines pour leurs besoins nutritionnels. Quelques cultures (riz, blé et pommes de terre) dominent le paysage agricole. De nombreuses cultures ont été développées pendant la révolution agricole, lorsque les sociétés humaines sont passées de chasseurs-cueilleurs nomades à l'horticulture et à l'agriculture. Les céréales, riches en glucides, constituent la base de nombreux régimes alimentaires humains. Les haricots et les noix fournissent des protéines. Les matières grasses proviennent de graines broyées, comme c'est le cas pour les huiles d'arachide et de colza (canola) ou de fruits tels que les olives. L'élevage consomme également de grandes quantités de cultures.

Les cultures de base ne sont pas les seuls aliments dérivés des plantes à graines. Les fruits et les légumes fournissent des nutriments, des vitamines et des fibres. Le sucre, utilisé pour sucrer les plats, est produit à partir de la canne à sucre monocotylédone et de la betterave sucrière eu Les boissons sont fabriquées à partir d'infusions de feuilles de thé, de fleurs de camomille, de grains de café écrasés ou de fèves de cacao en Les épices proviennent de différentes parties de la plante : le safran et les clous de girofle sont des étamines et des bourgeons, le poivre noir et la vanille sont des graines, l'écorce d'un buisson de la famille Laurales fournit de la cannelle, et les herbes qui parfument de nombreux plats proviennent de feuilles et de fruits séchés, comme le piment rouge piquant. Les huiles volatiles des fleurs et de l'écorce dégagent l'odeur des parfums. De plus, aucune discussion sur la contribution des plantes à graines à l'alimentation humaine ne serait complète sans la mention de l'alcool. La fermentation de sucres et d'amidons d'origine végétale est utilisée pour produire des boissons alcoolisées dans toutes les sociétés. Dans certains cas, les boissons sont dérivées de la fermentation de sucres provenant de fruits, comme pour les vins et, dans d'autres cas, de la fermentation de glucides dérivés de graines, comme pour les bières.

Les plantes à graines ont de nombreuses autres utilisations, notamment comme source de bois de construction, de combustible et de matériau pour la construction de meubles. La majeure partie du papier provient de la pulpe des conifères. Les fibres des plantes à graines telles que le coton, le lin et le chanvre sont tissées pour former du tissu. Les colorants textiles, tels que l'indigo, étaient principalement d'origine végétale jusqu'à l'avènement des colorants chimiques de synthèse.

Enfin, il est plus difficile de quantifier les avantages des plantes à graines ornementales. Ils embellissent les espaces privés et publics, ajoutent de la beauté et de la sérénité à la vie humaine et inspirent les peintres et les poètes.

Figure\(\PageIndex{3}\) : Les humains dépendent des plantes pour diverses raisons. a) Les fèves de cacao ont été introduites en Europe en provenance du Nouveau Monde, où elles étaient utilisées par les civilisations mésoaméricaines. Combiné au sucre, un autre produit végétal, le chocolat est un aliment populaire. (b) Les fleurs comme la tulipe sont cultivées pour leur beauté. (c) La quinine, extraite du quinquina, est utilisée pour traiter le paludisme, réduire la fièvre et soulager la douleur. (d) Ce violon est en bois. (crédit a : modification de l'œuvre par « Everjean » /Flickr ; crédit b : modification de l'œuvre par Rosendahl ; crédit c : modification de l'œuvre par Franz Eugen Köhler)

Les propriétés médicinales des plantes sont connues des sociétés humaines depuis l'Antiquité. Il existe des références à l'utilisation des propriétés curatives des plantes dans des écrits égyptiens, babyloniens et chinois datant d'il y a 5 000 ans. De nombreux médicaments thérapeutiques synthétiques modernes sont dérivés ou synthétisés de novo à partir de métabolites secondaires végétaux. Il est important de noter que le même extrait de plante peut être un remède thérapeutique à de faibles concentrations, créer une dépendance à des doses plus élevées et potentiellement tuer à des concentrations élevées. Le tableau ci-dessous présente quelques médicaments, leurs plantes d'origine et leurs applications médicinales.

Tableau\(\PageIndex{2}\) : Origine végétale des composés médicinaux et applications

Plante	Composé	Demande
Morelle mortelle (Atropa belladonna)	Atropine	Dilater les pupilles pour les examens de la vue
Foxglove (Digitalis purpurea)	Digitalis	Maladie cardiaque, stimule le rythme cardiaque
Igname (Dioscorea spp.)	stéroïdes	Hormones stéroïdiennes : pilule contraceptive et cortisone
Éphédra (Ephedra spp.)	Éphédrine	Décongestionnant et dilatateur bronchiolique
If du Pacifique (Taxus brevifolia)	Taxol	Chimiothérapie du cancer ; inhibe la mitose
Pavot à opium (Papaver somniferum)	Opioïdes	Analgésique (réduit la douleur sans perte de conscience) et narcotique (réduit la douleur associée à la somnolence et à la perte de conscience) à doses plus élevées
Arbre à quinine (Cinchona spp.)	Quinine	Antipyrétique (abaisse la température corporelle) et antipaludéen
Saule (Salix spp.)	Acide salicylique (aspirine)	Analgésique et antipyrétique

Lien de carrière : ethnobotaniste

Le domaine relativement nouveau de l'ethnobotanique étudie l'interaction entre une culture particulière et les plantes indigènes de la région. Les plantes à graines ont une grande influence sur la vie quotidienne de l'homme. Les plantes sont non seulement la principale source de nourriture et de médicaments, mais elles influencent également de nombreux autres aspects de la société, de l'habillement à l'industrie. Les propriétés médicinales des plantes ont été reconnues très tôt dans les cultures humaines. À partir du milieu des années 1900, les produits chimiques synthétiques ont commencé à supplanter les remèdes à base de plantes.

La pharmacognosie est la branche de la pharmacologie qui se concentre sur les médicaments dérivés de sources naturelles. Avec la mondialisation et l'industrialisation massives, on craint qu'une grande partie des connaissances humaines sur les plantes et leurs usages médicinaux ne disparaissent avec les cultures qui les ont nourries. C'est là qu'interviennent les ethnobotanistes. Pour connaître et comprendre l'utilisation des plantes dans une culture donnée, un ethnobotaniste doit apporter des connaissances sur la vie végétale ainsi que la compréhension et l'appréciation des diverses cultures et traditions. La forêt amazonienne abrite une incroyable diversité de végétation et est considérée comme une ressource inexploitée de plantes médicinales ; pourtant, l'écosystème et ses cultures indigènes sont menacés d'extinction.

Pour devenir ethnobotaniste, une personne doit acquérir de vastes connaissances en biologie végétale, en écologie et en sociologie. Non seulement les spécimens de plantes sont étudiés et collectés, mais également les histoires, les recettes et les traditions qui y sont liées. Pour les ethnobotanistes, les plantes ne sont pas considérées uniquement comme des organismes biologiques à étudier en laboratoire, mais comme faisant partie intégrante de la culture humaine. La convergence de la biologie moléculaire, de l'anthropologie et de l'écologie fait de l'ethnobotanique une science véritablement multidisciplinaire.

Biodiversité des plantes

La biodiversité garantit une ressource pour de nouvelles cultures vivrières et de nouveaux médicaments. La vie végétale équilibre les écosystèmes, protège les bassins versants, atténue l'érosion, tempère le climat et fournit un abri à de nombreuses espèces animales. Les menaces qui pèsent sur la diversité végétale se présentent toutefois sous de nombreux angles. L'explosion de la population humaine, en particulier dans les pays tropicaux où les taux de natalité sont les plus élevés et où le développement économique bat son plein, entraîne un empiètement humain sur les zones boisées. Pour nourrir l'ensemble de la population, les humains ont besoin de terres arables. Il y a donc un défrichement massif des arbres. Le besoin de plus d'énergie pour alimenter les grandes villes et la croissance économique dans ces villes entraînent la construction de barrages, l'inondation des écosystèmes qui en résulte et une augmentation des émissions de polluants. Les braconniers, qui abattent les arbres pour leur précieux bois, constituent d'autres menaces qui pèsent sur les forêts tropicales. L'ébène et le bois de rose du Brésil, qui figurent tous deux sur la liste des espèces menacées d'extinction, sont des exemples d'espèces d'arbres menacées d'extinction par une exploitation forestière aveugle.

Le nombre d'espèces végétales qui disparaissent augmente à un rythme alarmant. Comme les écosystèmes sont en équilibre fragile et que les plantes à graines entretiennent des relations symbiotiques étroites avec les animaux, qu'il s'agisse de prédateurs ou de pollinisateurs, la disparition d'une seule plante peut entraîner l'extinction d'espèces animales connectées. Un problème réel et urgent est que de nombreuses espèces végétales n'ont pas encore été cataloguées et que leur place dans l'écosystème est donc inconnue. Ces espèces inconnues sont menacées par l'exploitation forestière, la destruction de leur habitat et la perte de pollinisateurs. Ils peuvent disparaître avant que nous n'ayons l'occasion de commencer à comprendre les impacts possibles de leur disparition. Les efforts visant à préserver la biodiversité prennent plusieurs lignes d'action, allant de la préservation des semences anciennes au codage à barres des espèces. Les graines anciennes proviennent de plantes traditionnellement cultivées par les populations humaines, par opposition aux graines utilisées pour la production agricole à grande échelle. Le codage à barres est une technique dans laquelle une ou plusieurs courtes séquences géniques, prélevées sur une partie bien caractérisée du génome, sont utilisées pour identifier une espèce par analyse de l'ADN.

Résumé

La diversité des angiospermes est due en partie à de multiples interactions avec les animaux. L'herbivorie a favorisé le développement de mécanismes de défense chez les plantes et l'évitement de ces mécanismes de défense chez les animaux. La pollinisation (transfert du pollen vers un carpelle) est principalement réalisée par le vent et les animaux, et les angiospermes ont développé de nombreuses adaptations pour capter le vent ou attirer des classes spécifiques d'animaux.

Les plantes jouent un rôle clé dans les écosystèmes. Ils sont une source de composés alimentaires et médicinaux et fournissent des matières premières à de nombreuses industries. La déforestation et l'industrialisation rapides menacent toutefois la biodiversité végétale. À son tour, cela menace l'écosystème.

Lexique

code-barres

technique de biologie moléculaire dans laquelle une ou plusieurs courtes séquences géniques prélevées sur une partie bien caractérisée du génome sont utilisées pour identifier une espèce

réduire

plante cultivée

graine ancestrale

graine provenant d'une plante cultivée historiquement, mais qui n'a pas été utilisée à grande échelle dans l'agriculture moderne

herbivorie

consommation de plantes par les insectes et autres animaux

nectar

liquide riche en sucres produit par les fleurs pour attirer les animaux pollinisateurs

pollinisation

transfert du pollen de l'anthère au stigmate