Il y a environ 251 millions d’années, des éruptions volcaniques ont anéanti la majeure partie de la vie sur Terre. Pour environ un million d’années, les pièges sibériens en Russie a craché d’énormes nuages de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, entraînant l’extinction la plus grave de l’histoire de notre planète.
Températures équatoriales enrichirendant une grande partie de la terre trop chaude pour la vie. Pendant ce temps, les océans sont devenus acides et la plupart des créatures qui s’y trouvent étouffé par manque d’oxygène. Connue sous le nom d’extinction massive du Permien-Trias ou de « Grande Mort », elle a finalement détruit plus de 90 % de la vie océanique et 70 % des espèces terrestres.
Cependant, dans un coin de ce qui est aujourd’hui la Chine, un refuge de plantes productrices de pollen a évité ce sort et créé une oasis pour les animaux survivants. La recherche suggère que ce n’était pas le seul endroit où les plantes étaient capables de résister au changement climatique catastrophique pendant la Grande Mort, et que les plantes auraient peut-être été mieux à même de résister à l’extinction que d’autres organismes.
« Les plantes ont en effet parfois beaucoup de résilience car elles ne peuvent pas se déplacer individuellement, et même en tant que population, elles ne sont pas très douées pour se déplacer », Chris Thomasécologiste et biologiste évolutionniste à l’Université de York au Royaume-Uni, a déclaré à Live Science. En conséquence, de nombreuses plantes ont développé des mécanismes pour survivre sur place malgré des conditions difficiles, a-t-il déclaré.
Alors que le changement climatique augmente les températures mondiales et bouleverse les écosystèmes, les plantes devront à nouveau faire appel à cette résilience. De nombreuses espèces végétales ont développé des adaptations uniques qui les aident à résister à des conditions difficiles. Les experts ont déclaré à Live Science que ces adaptations – accompagnées d’une bonne dose de chance – décideront désormais de la différence entre la survie et l’extinction.
Grandir avec le flux
Contrairement à la plupart des animaux, de nombreuses plantes ont la capacité de régénérer leurs membres – et ces membres peuvent les rendre plus aptes à s’adapter aux nouvelles conditions environnementales. Les plantes en général ont une plasticité de développement plus élevée que les animauxce qui signifie qu’ils disposent d’une plus grande flexibilité pour modifier la façon dont leurs cellules et leurs tissus grandissent et se développent.
« De nombreuses plantes ont ce que nous appelons une croissance indéterminée et des plans corporels modulaires », Amy Angertbotaniste à l’Université de la Colombie-Britannique au Canada, a déclaré à Live Science. Croissance indéterminée signifie qu’un organisme continue de croître et de se développer indéfiniment tout au long de sa vie.
« Si nous perdions un bras, il disparaîtrait à jamais. Mais sur les plantes, si vous coupez une branche, elles peuvent en germer de nouvelles et ces nouvelles peuvent alors recevoir des signaux de l’environnement actuel au lieu d’être coincées avec des sortes de programmes de développement de l’environnement passé. »
Par exemple, les chercheurs ont découvert que pousses sur les chênes verts (Quercus ilex) sont mieux à même de faire face à la sécheresse que ceux qui n’avaient pas repoussé.
Et parce que les bourgeons peuvent entrer en dormancede nombreuses espèces végétales peuvent repousser après des événements catastrophiques, comme un incendie. Région Floristique du Cap en Afrique du Sudpar exemple, est le plus petit des six règnes floraux reconnus au monde, et la plupart de ses espèces végétales dépendent du feu : ses plantes repoussent après un incendie et nombre de leurs graines ont besoin du feu pour germer.
Certaines plantes, comme la Gomme de neige (Eucalyptus pauciflora), avoir une épaisse couche d’écorce isolante pour protéger leurs têtestandis que d’autres aiment orties piquantes (Urtica dioïque) enterrez-les sous terre dans une « banque de bourgeons ». Le sol isole les bourgeons des graines de la chaleur et du froid extrêmes et protège la majeure partie de la plante des conditions potentiellement mortelles. Cette adaptation généralisée permet plantes herbacées pour endurer l’hiver et plantes à bulbes pour cacher leurs tissus aux ravages du feu.
Conserver les graines pour des temps meilleurs
Les plantes peuvent également stocker leurs graines sous terre lorsque les temps sont difficiles. Presque 350 000 espèces végétales produisent des graines. Pour la plupart de ces espèces, les graines contiennent de minuscules versions dormantes de la jeune plante, avec toutes les structures qui se transformeront en feuilles et en racines.
« Les graines peuvent vivre essentiellement en stase dans le sol », Daniel Anstettun écologiste évolutionniste à l’Université Cornell, a déclaré à Live Science. « Vous pouvez disposer d’une banque de graines dans laquelle certaines graines pourraient revenir, et vous avez accès à la bibliothèque d’informations génétiques en amont sur laquelle de nombreuses plantes peuvent finalement s’appuyer. »
Les banques de semences sont un outil essentiel pour la résilience de nombreuses espèces végétales. Ils créent la possibilité pour les individus métaboliquement inactifs de se réanimer lorsque les conditions environnementales s’améliorent, selon un article publié en 2021 dans la revue Communications naturelles. « Avec de la chance, au moins certains de ces individus se réveilleront dans le futur lorsque l’environnement sera plus propice à la croissance et à la reproduction », écrivent les auteurs.
Une évolution rapide
Les banques de semences peuvent également être des réservoirs de diversité génétique, essentielle à la capacité d’adaptation à de nouveaux environnements.
« La matière première de l’adaptation provient de la variation génétique », a déclaré Angert. « La variation génétique est plus grande dans les grandes populations, et la variation génétique peut être partagée entre les populations à mesure que l’environnement change – si les individus peuvent se disperser avec succès entre eux. »
Dans un article publié dans la revue Science plus tôt cette année, des chercheurs, dont Angert et Anstett, ont montré une évolution rapide de la fleur de singe écarlate sauvée (Érythranthe cardinalis) populations victimes d’une sécheresse prolongée aux États-Unis et au Mexique entre 2010 et 2018.
« Ils peuvent soit pousser très vite, fleurir et produire des graines avant que la sécheresse automnale ne fasse effet, soit pousser beaucoup plus lentement et se cacher », a expliqué Anstett.
Les chercheurs ont séquencé les génomes de 55 populations de singes écarlates pour trouver des zones dans leur génome liées à la gestion du stress et de la sécheresse. Ils ont suivi les populations et leur évolution au cours de la période. Certaines populations ont connu une évolution rapide pour faire face à un environnement changeant.
Ils ont découvert que, sur la base de la diversité génétique des populations, ils pouvaient prédire si une population serait capable de survivre à la sécheresse, avant même qu’elle ne commence.
Bien qu’il ne s’agisse que d’une seule espèce végétale, Anstett pense que cela pourrait également être vrai pour d’autres organismes.
Photosynthèse flexible
Certaines usines sont capables de transformer leur façon de produire de l’énergie pour résister à un environnement changeant. C’est ce que Zhen Xupaléobotaniste à l’Université de Leeds au Royaume-Uni, pense que cela a permis à certaines espèces végétales de survivre à l’extinction massive du Permien-Trias et qu’elles pourraient devenir de plus en plus importantes pour les plantes dans le climat changeant d’aujourd’hui.
Utilisation des plantes photosynthèse convertir le dioxyde de carbone et l’eau en sucres et en oxygène, et utiliser stomatesou de petits pores à la surface de leurs feuilles, pour réguler la quantité de dioxyde de carbone pénétrant dans la plante.
De nombreuses plantes ouvrent leurs stomates pendant la journée pour laisser entrer le CO2 et libère de l’oxygène. D’autres utilisent Photosynthèse CAMqui signifie « métabolisme acide crassulacé », pour fermer leurs stomates pendant la journée et se protéger de la chaleur. La nuit, ils absorbent du CO2 et le transforment en acide, qu’ils stockent dans leurs tissus pour servir à fabriquer des sucres pendant la journée.
« La photosynthèse CAM est très courante dans les plantes du désert d’aujourd’hui, comme les cactus et les plantes succulentes », a déclaré Xu à Live Science. « C’est un moyen très intelligent d’échapper à la température élevée ou à l’aridité pendant la journée. »
Dans un étude publié dans la revue Nature Ecology & Evolution plus tôt cette année, Xu et ses collègues ont montré que les plantes utilisant la photosynthèse CAM avaient un avantage lors de l’extinction massive du Permien-Trias.
Ils ont trouvé que Lycophytesou sont d’anciennes plantes vasculaires, passées à la photosynthèse CAM au moment de l’extinction massive. « Nous pensons que la photosynthèse CAM pourrait être la stratégie spéciale pour survivre » et a permis à ces plantes de dominer après l’extinction massive, a déclaré Xu.
Des monstres pleins d’espoir
Certaines plantes vont encore plus loin. Lors d’événements cataclysmiques, les plantes se sont transformées en « des monstres pleins d’espoir » pour survivre aux bouleversements environnementaux, comme le montrent des recherches antérieures.
Au cours de neuf événements distincts au cours des 150 derniers millions d’années, de nombreuses plantes à fleurs ont dupliqué l’intégralité de leur génome pour se donner de meilleures chances de survie, selon une étude publiée dans la revue Cellule plus tôt cette année. Le génome dupliqué leur donne plus de possibilités d’évoluer et de s’adapter à des conditions environnementales difficiles.
« Nous observons des regroupements de duplications de génomes entiers dans le temps, et chaque fois cela correspond à un événement géologique important décrit, qu’il s’agisse d’une période de refroidissement global, d’une période de réchauffement climatique ou d’un événement d’extinction », co-auteur de l’étude. Yves Van de Peerbiologiste du génome à l’Université de Gand en Belgique, a déclaré à Live Science à l’époque.
Cela se résume à la chance
Pourtant, la survie de populations ou d’espèces végétales spécifiques se résume souvent à la chance, ont déclaré des experts à Live Science.
Les plantes « ont essentiellement cette vaste boîte à outils », mais « certaines plantes ont certaines voies, et d’autres plantes en ont d’autres, et certaines ont certains traits, et certaines en ont d’autres », a déclaré Anstett. L’utilité des outils particuliers dont ils disposent dépend des conditions auxquelles ils sont confrontés.
Lors de l’extinction massive du Trias et du Permien, les plantes des refuges en Chine (et ailleurs) étaient au bon endroit au bon moment, avec la bonne série d’adaptations potentielles à leur disposition et suffisamment de variété génétique pour les exploiter.
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Il en va de même pour les espèces d’aujourd’hui confrontées au changement climatique et à une potentielle extinction. Angert a déclaré qu’il existe des moyens de rendre les espèces végétales « plus chanceuses » dans les années à venir, par exemple en connectant des populations fragmentées pour augmenter la diversité génétique, ce qui augmente la gamme d’outils potentiels à la disposition d’une espèce végétale.
« La meilleure chose que nous puissions faire est de laisser des populations plus nombreuses et mieux connectées dans le paysage », a-t-elle déclaré.
Anstett était d’accord. « Si les populations deviennent vraiment déconnectées, nous érodons potentiellement la boîte à outils que ces plantes doivent pouvoir adapter. »
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