Chapitre 5 La vie fixée chez les plantes, résultats de l
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Chapitre 5 La vie fixée chez les plantes, résultats de l’évolution Les exigences d’une vie fixée, en permanence à l’interface entre deux milieux, l’air et le sol, ne sont pas les mêmes que celles que requiert la vie animale. Au cours de l’évolution, différents processus lies à l’alimentation, la protection ou la communication, ainsi que des modalités particulières de reproduction, se sont mis en place chez les plantes. I. L’organisation de la plante 1. Une vie fixée entre sol et air Sur les continents, la lumière solaire n’est présente qu’au-dessus du sol, tandis que l’eau liquide et les nutriments minéraux sont présents essentiellement dans le sol. L’humidité de l’air ainsi que sa température peuvent subir d’importantes variations. Des innovations évolutives ont permis aux végétaux terrestres de s’adapter à ces contraintes. En vivant fixés à l’interface du sol et de l’air, ils peuvent profiter des ressources disponibles dans chacun des deux milieux : les racines ancrent la plante dans le sol et y prélèvent l’eau et les ions dont la plante a besoin ; les tiges et les feuilles se dressent et s’orientent au-dessus du sol, permettant à la plante de capter l’énergie lumineuse et d’échanger les gaz nécessaires a la photosynthèse. 2. Des surfaces d’échanges de grande dimension La nutrition des plantes terrestres repose sur des organes spécialisés, au premier rang desquels figurent les racines et les feuilles. Chaque plante dispose d’un réseau de racines très longues et très fines. Leur petit diamètre maximise leur surface de contact avec l’eau du sol. Près de leurs extrémités, les racines sont couvertes de poils absorbants. La finesse, la longueur et le nombre des poils absorbants démultiplient encore la surface de contact entre la plante et la solution du sol et, par conséquent, ses capacités à absorber eau et ions minéraux. Plates et fines, les feuilles offrent une grande surface exposée aux rayons solaires, ces derniers pouvant ainsi atteindre toutes les cellules chlorophylliennes en charge de la photosynthèse, situées préférentiellement du côté de la face supérieure de la feuille. L’épiderme des feuilles, recouvert d’une cuticule plus ou moins épaisse, est imperméable aux gaz, ce qui protège la plante contre la déshydratation. Cependant, des milliers de petits orifices, les stomates, s’ouvrent lorsque les conditions sont favorables à la photosynthèse et permettent les échanges gazeux entre la feuille et l’atmosphère. Une fois l’épiderme franchi, les gaz circulent au sein des lacunes situées au contact des cellules chlorophylliennes. 3. Des systèmes conducteurs entre organes souterrains et aériens L’approvisionnement en eau et en ion étant dissociés de l’exposition à la lumière et de l’approvisionnement en gaz, des échanges de matières sont indispensables entre organes souterrains et aériens. Ils s’effectuent grâce à un double réseau de tubes : - Le xylème est constitué de files de cellules mortes, allongées, dont ne subsiste que la paroi latérale, renforcée par des dépôts de lignine. Les tubes du xylème transportent la sève brute (eau et ions minéraux) provenant des poils absorbants, depuis les extrémités des racines jusqu’aux organes aériens. Dans les feuilles, les tubes du xylème se ramifient abondamment, apportant eau et ions minéraux aux cellules chlorophylliennes. - Le phloème est constitué de files de cellules vivantes, allongées, aux parois de cellulose. Les tubes de phloème transportent la sève élaborée (eau et sucres principalement) depuis les cellules chlorophylliennes photosynthétiques vers tous les organes de la pante, et en particulier vers ceux ne réalisant pas la photosynthèse (racines, bourgeons…). II. Des structures et mécanismes de défense 1. Les végétaux se protégent contre les agressions du milieu physique Les plantes terrestres ont développé au cours de leur évolution de multiplient adaptations aux conditions extrêmes de température et d’humidité, ainsi qu’aux variations journalières ou saisonnières de ces paramètres, par exemple : - La présence de poils et d’une épaisse cuticule sur les feuilles mais aussi leur capacité à s’enrouler sur elles-mêmes constituent des protections contre la sécheresse de l’air. - Les arbres des régions tempérées résistent au froid hivernale en perdant leurs feuilles, en entrant en vie ralentie et en protégeant leurs bourgeons par d’épaisses écailles. 2. Les végétaux se protègent contre les autres êtres vivants La vie fixée empêche les plantes terrestres de fuir devant leurs prédateurs. Elles ont développé au cours de leur évolution d’autres stratégies de défense, par exemple : - Les tiges ou les feuilles peuvent porter des épines ou des poils qui limitent l’action des herbivores - Des glandes présentes sur les feuilles de certaines plantes produisent des molécules qui les rendent peu appétissantes (mauvaise odeur, mauvais goût), voire toxiques pour les herbivores - Il existe parfois des relations d’entraide entre les plantes voisines de la même espèce, ainsi que des associations à bénéfice mutuel entre certaines plantes et des espèces nuisibles aux animaux herbivores. III. L’organisation de la fleur 1. Plusieurs couronnes de pièces florales constituent une fleur Chez de nombreuses espèces végétales, les organes reproducteurs sont contenus dans une fleur. Malgré une grande diversité de formes, de dimensions ou de couleurs, on retrouve une constante dans l’organisation des fleurs. En effet, quatre couronnes concentriques, également nommées verticilles, se succèdent de la périphérie vers le centre, toujours dans le même ordre. Les deux couronnes externes protégent les couronnes d’organes reproducteurs situées au centre : - Les sépales, le plus souvent verts et ayant l’apparence de petites feuilles, mais parfois colores, constituent le calice ; - Les pétales de formes et de couleurs très diverses composent la corolle ; - Les étamines, organes mâles de la fleur, sont faites d’une fine tige (le filet) portant des sacs a pollen (les anthères) ; - Le pistil, organe femelle de la fleur, contient des ovules repartis dans plusieurs loges nommées carpelles. L’observation d’individus muant montre parfois des modifications des couronnes de pièces florales. Les gènes responsables de ces mutations sont connus et représentent les gènes du développement floral. L’étude des bourgeons floraux montre que dans chaque ébauche de pièce florale s’expriment des gènes spécifiques, déterminant son développement en sépale, pétale, étamine ou carpelle. 2. Étamines et pistil sont les acteurs de la reproduction sexuée Si les grains de pollen produit par les étamines se déposent sur le pistil d’une fleur de la même espèce, ils germent et fécondent les ovules contenus dans ce pistil. De nombreuses fleurs sont hermaphrodites (elles possèdent étamines et pistil) et peuvent donc théoriquement pratiquer l’autofécondation. Cependant, une fécondation croisée présente l’avantage de produire de la diversité génétique. L’évolution a fréquemment favorise l’apparition de mécanismes empêchant l’autofécondation ou favorisant la fécondation croisée. IV. La vie fixée impose le transport du pollen et des graines 1. La dispersion du pollen par des animaux résulte d’une coévolution La fécondation croisée impose le transport du pollen. Certaines espèces sont pollinisées grâces au vent (anémogamie) ou à l’eau (hydrogamie), mais, par ces moyens de transport, seule une petite partie du pollen produit sera déposée sur le pistil de la bonne fleur. Le transport est plus spécifique quand il est réalisé par un animal (zoogamie). Ces relations étroites se sont construites au cours de l’évolution : les fleurs ont développé des caractères attirant les animaux (odeurs, formes, nectar) et les animaux pollinisateurs ont développé des organes adaptés à l’accrochage du pollen (poils, peignes…). On a donc ainsi une coévolution, dans laquelle les adaptations des deux espèces partenaires s’influencent mutuellement. On constate alors des adaptations parfois très étroites entre les dispositifs développés par la plante et les insectes pollinisateurs. 2. La dispersion des graines par des animaux résulte d’une coévolution Après la fécondation, la fleur subit des transformations : les épales, pétales et étamines fanent et le pistil se transforme en fruit. Il comporte plusieurs enveloppes entourant les ovules fécondés devenus des graines. Ces dernières peuvent se retrouver à terme sur le sol et germer, donnant naissance à un nouvel individu. Sans transport, les graines ne peuvent éventuellement germer qu’au pied de la plante mère. La colonisation de nouveaux milieux est alors limitée et les nouveaux plants subissent la concurrence de leurs parents pour l’accès à la lumière et aux ressources du sol. L’eau ou le vent peuvent transporter les graines de certaines plantes. Des animaux transportent graines ou fruits accroches sur leurs poils ou leurs plumes ;d’autres consomment les matières organiques des fruits et rejettent dans leur excrément des graines capables de germer. La encore, la collaboration entre animal disséminateur et plante produit souvent une coévolution se traduisant par des relations parfois très spécifiques et étroites entre les deux partenaires.
