Singularités de l’adaptation des plantes aux climats extrêmes

Les résultats de la première enquête mondiale sur la diversité fonctionnelle des plantes en zones arides ont été présentés. Cette étude apporte des données nouvelles et révélatrices sur l’adaptation des plantes aux habitats extrêmes, la colonisation historique des plantes en milieu terrestre et leur capacité à répondre aux changements globaux.

L’équipe qui a réalisé l’étude est dirigée par Nicolas Gross, de l’Université de Clermont Auvergne en France. Des experts de quatre instituts du Conseil supérieur de la recherche scientifique (CSIC) d’Espagne ont également participé à l’équipe : l’Institut des ressources naturelles et d’agrobiologie de Séville (IRNAS), l’Institut des sciences agraires (ICA), l’Institut pyrénéen d’écologie. (IPE) et la Mission Biologique de Galice (MBG).

L’équipe est composée de 120 chercheurs de 27 pays qui, pendant huit ans, ont analysé des centaines de parcelles situées dans des zones arides sur cinq continents pour clarifier comment les plantes présentes dans ce type d’écosystème se sont adaptées aux habitats extrêmes.

Après avoir analysé plus de 1 300 ensembles d’observations de plus de 300 espèces végétales, les résultats montrent que les plantes des zones arides adoptent des stratégies d’adaptation différentes et que, étonnamment, cette diversité augmente avec les niveaux d’aridité. L’isolement de ces plantes dans les zones les plus arides de la planète semble réduire la compétition entre les espèces et, par conséquent, une diversité unique de formes et de fonctions est générée dans le monde entier, deux fois supérieure à celle trouvée dans les zones plus tempérées.

Les zones arides représentent 45% de la surface terrestre

La Terre abrite une diversité de plantes aux formes et fonctions très variées. Cette extraordinaire diversité morphologique, physiologique et biochimique détermine la manière dont les plantes s’adaptent et répondent aux changements globaux en cours, avec des conséquences importantes sur le fonctionnement des écosystèmes. Or, 90 % des connaissances actuelles sur la diversité fonctionnelle des plantes se réfèrent uniquement aux écosystèmes agricoles et aux zones tempérées. En revanche, les zones arides, qui représentent 45 % de la surface terrestre, restent sous-représentées dans les données. Ces zones importantes sont menacées par l’aridité croissante, la pression du pâturage et la désertification.

Face à cette situation, il est urgent de comprendre comment les plantes répondent à de telles pressions avant de pouvoir établir l’évolution future possible de ces écosystèmes fragiles en termes de biodiversité et de fonctionnement.

Pour mener l’étude, un protocole d’échantillonnage standardisé a d’abord été développé. Les scientifiques ont ensuite collecté et traité des échantillons de 301 espèces végétales trouvées dans 326 parcelles représentatives de tous les continents (à l’exception de l’Antarctique) pour caractériser la diversité fonctionnelle de ces zones, ce qui a donné un total de 1 347 ensembles complets d’observations de caractères. Une attention particulière a été portée à la diversité des éléments chimiques et des oligo-éléments (tels que l’azote, le phosphore, le calcium, le magnésium et le zinc) présents dans les plantes, car ces caractères, souvent méconnus, ont une forte influence sur leur fonctionnement. Au total, l’étude comprenait plus de 130 000 mesures de caractéristiques individuelles des plantes.

Certaines plantes attirent l’attention pour leur capacité à survivre dans des endroits inhospitaliers. Celui de l’image pousse dans un sol rocheux. (Photo : NPS)

Une diversité issue de l’isolement

Une hypothèse clé au début de l’étude était que l’aridité réduisait la diversité végétale par sélection, ne laissant que les espèces capables de tolérer une extrême pénurie d’eau et un stress thermique. Cependant, cette étude a révélé que l’inverse est vrai dans les prairies les plus arides de la planète, où les plantes présentent un large éventail de stratégies d’adaptation individuelles.

“Ces résultats remettent en question le paradigme selon lequel les environnements abiotiques difficiles sélectionnent un ensemble limité de valeurs de traits et réduisent la diversité”, explique César Plaza, chercheur à l’Institut des sciences agraires et co-auteur de l’étude. Par exemple, certaines plantes ont développé des niveaux élevés de calcium, renforçant ainsi leurs parois cellulaires pour les protéger contre le dessèchement. D’autres contiennent de fortes concentrations de sel, ce qui réduit la transpiration. Bien que moins d’espèces soient observées à l’échelle locale que dans d’autres régions de la planète (en zones tempérées ou tropicales), les plantes des zones arides présentent une extraordinaire diversité de formes, de tailles et de fonctionnement, deux fois plus grande que dans les zones climatiques plus tempérées.

Cette augmentation de la diversité des caractères se produit brusquement lorsque les volumes de précipitations tombent en dessous du seuil annuel de 400 mm. C’est aussi le seuil établi pour une diminution prononcée du couvert végétal et l’apparition de grandes surfaces de sol nu. Pour expliquer ce phénomène, les auteurs de l’étude suggèrent que la perte de couverture végétale conduit au « syndrome de solitude des plantes », dans lequel un isolement accru et une diminution de la compétition pour les ressources produisent des degrés élevés d’unicité des traits et de diversité fonctionnelle qui sont globalement exceptionnels. Cette diversité adaptative pourrait également refléter des histoires évolutives complexes remontant à la colonisation initiale des habitats terrestres par les plantes il y a plus de 500 millions d’années, lorsque ces habitats présentaient des conditions extrêmes pour les organismes vivants.

« Cette étude révèle l’importance des zones arides en tant que réservoir mondial de diversité fonctionnelle végétale », conclut Manuel Delgado-Baquerizo, chercheur à l’IRNAS et co-auteur de l’étude.

L’étude est intitulée « Diversité phénotypique végétale imprévue dans un monde sec et pâturé ». Et cela a été publié dans la revue académique Nature. (Source : SCCI)