TP 4: La coévolution plante

TP 4: La coévolution plante-animal.
Introduction:
Depuis toujours les plantes se sont adaptées a leurs environnement et ont coéxistées
avec les animaux pour assurer leurs survies. La pollinisation de nombreuses plantes repose
sur une collaboration animal pollinisateur/plante produit d’une coévolution. De même, à
l’issue de la fécondation, la fleur se transforme en fruit contenant des graines. La dispersion
des graines, nécessaire à la survie et à la dispersion de la descendance, repose souvent sur
une collaboration animal disséminateur/ plante produit aussi d’une coévolution.
Comment peut on mettre en évidence les adaptations liées à la
reproduction des Orchidées?
I) L’évolution prédictible
En 1862, on présenta à Darwin une orchidée, Agraecum sesquipedale, plus
communément appelée «étoile de Madagascar». C’est une épiphyte qui vit sur les arbres et
se distingue par ses feuilles blanches en étoile et par son éperon, ou nectaire, un tube qui
peut dépasser 30 centimètres de long au fond duquel se trouve le nectar, c’est-à-dire le
liquide sucré dont se nourrissent les insectes butineurs. En aspirant le nectar, l’insecte
touche les pollinies (amas de pollen), qui se collent alors sur sa tête ou son abdomen.
L’insecte s’envole ensuite vers d’autres fleurs pour en aspirer le nectar, et dépose le pollen
qui entraînera la fécondation. Ainsi se déroule la pollinisation en général. En examinant
l’orchidée, Darwin prédit l’existence d’un papillon muni d’une trompe de la même longueur
que le nectaire.
Quarante ans plus tard, en 1903, on découvrit à Madagascar un grand papillon
nocturne, de la famille des Sphingidés, avec une trompe longue de 22 centimètres, auquel on
donna le nom de Xanthopan morgani praedicta. L’adaptation du nectaire et de la trompe
s’explique par la coévolution, c’est-à-dire une suite de transformations qui se produisent au
cours de l’évolution de deux espèces suite à leurs influences réciproques. Selon le modèle
proposé par Darwin et élaboré plus tard par Wallace, dans une population d’orchidées celles
qui ont le nectaire le plus long ont un avantage sélectif en optimisant le contact des
butineurs avec les pollinies. De la même façon, les papillons à longue trompe ont un
avantage sélectif parce qu’ils récoltent plus de nectar. Cette coévolution se serait produite
graduellement par alternance. Justen B. Whittal et Scott A. Hodges, de l’Université de
Californie, ont proposé une autre hypothèse en 2007 dans la revue Nature. À partir d’une
analyse phylogénétique chez une autre orchidée, ils sont arrivés à la conclusion que
l’allongement du nectaire serait une réponse de l’orchidée à la morphologie du papillon et
que ce phénomène serait ponctuel durant la spéciation.

II) Le sphinx et l’orchidée
Ce dessin représente l’Agraecum sesquipedale, une orchidée pas comme les autres,
butinée par un papillon lui aussi pas comme les autres. Appelée «étoile de Madagascar»,
l’orchidée possède de grandes feuilles blanches en forme d’étoile et un nectaire qui peut
atteindre plus de 30 centimètres de long. Celui-ci contient le nectar sécrété par la plante,
liquide sucré qui attire les insectes butineurs. Le papillon entre en contact avec l’orchidée
(en coupe dans le cercle), ce qui lui permet d’enfoncer sa trompe le plus loin possible dans
le nectaire. Il se couvre alors la tête de pollen qu’il déposera sur d’autres orchidées.
C’est le mode de reproduction par entomogamie, ou pollinisation par les insectes,
privilégié chez les plantes à fleurs. Initialement, la longueur du nectaire laissait présager
l’existence d’un papillon possédant une trompe de la même taille. C’est la prédiction que fit
Charles Darwin quand on lui présenta, en 1862, «l’étoile de Madagascar», prédiction qui
engendra le scepticisme chez beaucoup de scientifiques de son époque. Ce n’est qu’en 1903
que l’on découvrit un grand papillon nocturne doté d’une trompe de 22 centimètres et que
l’on nomma Xanthopan morgani praedicta en hommage à la prédiction de Darwin.
L’adaptation mutuelle du nectaire et de la trompe s’explique par la coévolution, une suite de
transformations qui se produisent au cours de l’évolution de deux espèces qui s’influencent
réciproquement.

III) Se reproduire à tout prix.
Pour assurer leur pollinisation, les orchidées utilisent de multiples
stratégies pour attirer l'insecte pollinisateur. Le souimanga, oiseau malgache,
pollinise des orchidées du genre Satyrium en venant se nourrir du nectar
produit par la fleur. Stanhopea graveolens émet une forte odeur attirant des
moucherons dont la présence suscite l'appétit des araignées, elles-mêmes
capturées par le colibri pollinisateur. Les fourmis attirées par un nectar secrété
par l'orchidée lui apportent une protection contre les insectes et autres
prédateurs. Les racines entremêlées des Gongora et le pseudo bulbe creux de
Myrmecophyla tibicinis servent de nid à des fourmis. Dans cette relation à
bénéfice réciproque, l'orchidée propose le gîte et le couvert aux fourmis qui
réalisent la protection et la pollinisation de leur plante-hôte.
IV) Interdépendance avec les insectes pollinisateurs.
Produire du nectar et émettre des parfums, parfois similaires aux
phéromones des insectes, permet à la fleur d'attirer insectes et oiseaux assurant
la pollinisation. L'orchidée Leporella fibriata sécrète une phéromone qui attire
le mâle des fourmis Myrmeca urens qui pollinise la fleur : aucun autre insecte
ne vient polliniser la fleur. Cette interdépendance peut aller jusqu'à la
coévolution entre la fleur et l'insecte.

V) Les mystères de la séduction
Oui, ces fleurs souvent magnifiques, d'autres fois tout à fait bizarres, ces
créations de la nature qui exercent un attrait en raison de leur beauté ou de leur
complexité, sont le résultat d'adaptations à leur mode de fertilisation par des
insectes ou des oiseaux et la preuve d'une évolution étroitement associée à ces
mêmes pollinisateurs.
Voyons comment les fleurs d'orchidées ont évolué en développant une
ou plusieurs caractéristiques qui leur permettent d'attirer les pollinisateurs.
Contrairement à plusieurs autres groupes de plantes à fleurs, les orchidées ne
sont pas pollinisées par le vent ou l'eau.
À l'exception de celles qui s'auto-pollinisent, particulièrement certaines
espèces terrestres, les orchidées sont pollinisées surtout par les animaux,
principalement les insectes. Ces derniers, tout en assurant la continuité de
l'espèce, contribuent de manière active et plus rapide à la sélection et à la
recombinaison génétiques que seule une pollinisation croisée peut apporter.
Les principaux agents pollinisateurs des orchidées sont les abeilles ou
d'autres Hyménoptères, certaines mouches, des colibris. Deux méthodes sont
alors utilisées pour attirer les pollinisateurs: la signalisation et la récompense.
L'insecte (ou l'oiseau) doit voir la fleur et éventuellement la reconnaître, et
celle-ci l'attirera par sa forme, sa couleur et son parfum. Par contre, l'insecte
devra trouver à sa visite une récompense qui lui permettra de savoir qu'il doit
en visiter une autre.