Débuter en botanique Cours du 08/03/2016 Présentation et conception : Hugo FONTES Plan du cour • • • • • • • Définition Histoire de la botanique Evolution Principaux groupes de plantes Outils d‘identification Nomenclature Faire une observation naturaliste Définition Botanique : • Science qui a pour objet l'étude des végétaux (CNRTL) Empr. au fém. de l'adj. gr. βοτανικο ς́ « qui se rapporte aux plantes », η ̔βοτανικη ́ « science des plantes ». Botaniste : • Personne qui étudie la botanique ou qui s'y intéresse (CNRTL) Les plantes sont-elles si différentes de nous ? Les plantes sont-elles si différentes de nous ? Oui ! • Notion d’individu et de colonie - Variabilité génétique « intra-individuelle » du génome des plantes. - Réitération (architecture) - Pando (individu de Populus tremuloides sur environ 40 ha, Utha). • Mobilité • Forme - Croissance diffuse vs croissance dirigé • … Les « Plantes » n’existent pas Histoire de la botanique Histoire de la botanique La botanique existe depuis que les botanistes existent (cf. définition précédente)… Des plantes retrouvées sur Ötzi il y a environ 5 300 ans Consommation de plantes au paléolithique inférieur (micocoules, chênes, noisettes, vigne sauvage) 200 000 ans b.p. – 12 000 ans b.p. Botanique théorique (« pure ») et utilitaire Manuscrit assyrien (3 500 b.p.) : pratiques magico-religieuses Ecrits de médecine chinoise (3 000 b.p.), Egyptiennes (1 550 av J.C.) et Indienne (1 500 av J.C.) . Antiquité : ouvrages de référence - Aristote, puis Théophraste : - De historia plantarum « Histoire des plantes », Plantes à fleurs et plantes sans fleurs, description de 480 sp. 1ère classification artificielle (arbres, arbustes, arbrisseaux et herbes). - De causis plantarum « Des causes des plantes » (320 av. J.-C.). Différencie reproduction sexuée et asexuée + aspects pharmacologiques - Dioscoride : - De materia medica « Sur la matière médicale » (60 ap. J.C.) et De universa medica : 600 plantes décrites, centré sur aspects pharmacologiques, reconnaissance de grands groupes de plantes (familles). Le moyen-âge : pas d’avancées majeures Beaucoup de travaux compilatoires, de copies et de révisions de l’antiquité - Ābu Ḥanīfah Āḥmad ibn Dawūd Dīnawarī (828-896) : Kitâb al-nabât « Le livre des plantes », description 637 plantes + notions de développement et de culture - Ibn al-Baytar (1197-1248) : Al G̕āmi 'li mufradāt al adawiya wa al aġdi « Livre des produits médicinaux et des produits alimentaires simples », description de 1 400 plantes - Albertus Magnus (1193-1206) : De vegetabilis et plantis libri septem « Sept livres de végétaux et de plantes » : plantes sans feuilles / avec feuilles + plantes cortiquées / plantes tuniquées (= monocot / dicot). La renaissance et l’époque moderne : Révolution scientifique Grandes explorations, imprimerie, jardins botanique - O. Brunfels (1488-1534) puis J. Bock : descriptions d’après nature, fin de copies parfois commentées et des compilations, début de la botanique scientifique descriptive moderne - A. Cesalpino (1519-1603) : classification à partir du fruit - K. Bauhin (1560-1624) : 1er essai de classification naturelle, préfiguration de la nomenclature binomiale - J. Ray (1627-1705) : Clefs dichotomiques, distinction claire des monocotylédones/dicotylédones, des gymnospermes/angiospermes, concept d’espèce - P. Magnol (1638-1715) : description de plus de 2 000 plantes, notion de « Famille ». - J.-P. Tournefort (1656-1708) : classification basée sur la corolle, notion de « Genre ». - C. V. Linné (1707-1778) : classification basée sur le nombre et la disposition des organes sexuels (Systema Naturae), nomenclature binomiale. - M. Adanson (1727-1806) : classification basée sur 65 caractères, 58 familles. - B. Jussieu et A.-L. Jussieu (1699-1777) : classification basée sur affinités morphologiques, hiérarchisation des critères, principe de subordination des caractères. Début de la classification phylogénétique. Epoque moderne : développements technologiques Apparition du microscope électronique, de la biologie moléculaire. Nombreuses avancées mais pas de « révolution » dans la botanique. Accélération des connaissances. -> Classification phylogénétique Evolution Notions générales appliquées à la botanique Les adaptations évolutives L’évolution : « Le tri par l’écologie des variations individuels + Hasard » « Modification au cours du temps des caractéristiques biologiques des êtres vivants » Bonhomme V. http://www.plume.info/docs/pdfs/Acta-Evo101.pdf "evolution can be viewed as the control of development by ecology” Van Valen Les adaptation évolutives : résultats de l’évolution liant des organes à des fonctions ou plus généralement l’ajustement fonctionnel d’un organisme à son environnement. Ex : les feuilles crassulescentes de la plante grasse du balcon permettent à la plante de survivre aux vacances d’été Les adaptations au milieu Processus La sélection naturelle http://www.plume.info/docs/pdfs/Acta-Evo101.pdf Exemple : dispersion Exemple : résistance à la sècheresse Stomate Exemple : le feu (pyrophytes et pyrophiles) Résistance de l’appareil aérien Résistance de l’appareil souterrain Classification évolutive "Répartition systématique en classes, en catégories, d'êtres, de choses ou de notions ayant des caractères communs notamment afin d'en faciliter l'étude; résultat de cette opération" (CNRTL-CNRS) De l'origine des espèces (Darwin 1859) : "L'arrangement des groupes dans chaque classe, d'après leurs relations et leur degré de subordination mutuelle, doit, pour être naturel, être rigoureusement généalogique" Classification évolutive • Arbres phylogénétiques • APG III Coévolution De l'autre coté du Miroir, Lewis Carroll 1871 « Mais, Reine Rouge, c'est étrange, nous courrons vite et le paysage autour de nous ne change pas ? » « Nous courons pour rester à la même place » Le transformisme de Lamarck et les végétaux - complexification croissante du vivant spécialisation des êtres vivants sous l'effet du milieu 2 lois découlent de ce principe - l'emploi d'un organe va le modifier : loi de l'usage et du non usage - transmission du caractère acquis Darwin : génération de diversité est due au hasard Lamarck : adaptation a l'environnement Tout organisme est composé de 2 lignée cellulaires : - le soma (pas d’hérédité) - le germen (hérédité) Animaux : 2 lignées séparées et qui ne communiquent pas ! (cellule œuf avec 2 pôles, etc.) Chez les végétaux, ce n'est pas aussi simple : - sexualité tardive (pour certains arbres, dizaines d'années) - cellules sexuelles dérivent de méristèmes... Pas de frontière claire entre soma et germen chez les plantes ! Héritabilité des mutations du soma exemple Le lierre panaché mutation : perte de chlorophylle a la marge pression de sélection : Homme trouve ça joli Il coupe les branches aux feuilles non blanchies Le lierre va produire des graines de lierre... aux feuilles blanchies Principaux groupes de plantes Chez les embryophytes Mise en garde : Présentation « traditionnelle » des principaux groupes de plante Inexact d’un point de vue évolutif ! Les bryophytes : les mousses Gouttes d’eau Les mousses en boucles : Gamète ♂ Anthéridies Gamétophyte male Protonema gamète ♀ Spores Archégones Gamétophyte femelle Capsule (sporange) Sporophyte Pédicelle Capsule Zygote (2n) Embryon Archégone Sporophyte Gamétophyte femelle Les Bryophytes : les mousses • Phase gamétophytique dominante • Vie hors de l’eau (dépendance pour le reproduction) • Archégone (protection de l’oosphère) Les ptéridophytes : les fougères et plantes alliées Les fougères en boucles Les fougères passées à la loupe: Sores et indusies Fougère : rhizome, écailles, rachis, fronde, crosse, pennes, pinnules Sporanges et spores Prothalle Les Ptéridophytes : les fougères et plantes alliées • Vascularisation (trachéophytes) • Structure tige – feuille – racine • Phase sporophytique dominante Des fougères ? Les psilophytes , les lycopodiophytes, équisetophytes, polypodiophytes Les spermaphytes : nu Gymnospermes Gymno Sperme : semence cône femelle cône femelle en coupe longitudinale grains de pollen (gamétophytes mâles) cônes mâles sporophyte méiose méiose mitoses germination cône de 1er hiver sporophylle cône mâle en coupe longitudinale graines embryon graines tissu nourricier noyau du tube cône de second automne fécondation mitoses ovule archégone cône de second été écaille gamètes mâles grain de pollen en germination gamétophyte femelle Les spermaphytes Gymnospermes • • • • • Ovules nues (= graines) Fleurs rudimentaires Réduction à l’extrême du gamétophyte = Pollen Affranchissement de l’eau pour la reproduction Croissance : méristèmes primaire et secondaire Les spermaphytes Angiospermes Angio : vase, capsule, vaisseau Sperme : semence Les spermaphytes Angiospermes • Fleurs • Carpelles (= fruit) • Réduction à l’extrême du gamétophyte = Pollen Monocotylédones -> 1 cotylédon -> Fleur à symétrie d’ordre 3 -> Nervures linéaires sur les feuilles -> Absence de véritable troncs (pas de formation de bois) Dicotylédones -> Deux cotylédons -> Fleur à symétrie d’ordre 4 ou 5 (en général) -> Nervation ramifiée (en général) -> Formation de bois Outils d‘identification Clef de détermination dichotomique De l'arbre phylogénétique à la clef de détermination Nommer, classer, … Identifier? Clé dichotomique Autres moyens de détermination des plantes • Tableau d'identification • Identification assistée par ordinateur • Gene barcoding Nommer, classer, … Identifier? Tableau d’identification Nommer, classer, … Identifier? Identification assistée par ordinateur Nommer, classer, … Identifier? Identification assisté par ordiateur Nommer, classer, … Identifier? Gene barecoding Nommer, classer, … Identifier? Réseau de naturalistes IdentiPlante Exemple • Exercice collectif : détermination d’une plante à l’aide d’une flore Nomenclature Nomenclature binomiale Carl von Linné (1707 - 1778) Systema Naturae,1735 (1758) Nomenclature binomiale Ex : Homo sapiens Linné, 1758 « Homo » constitue le nom de genre (au nominatif latin, avec première lettre en majuscule et mot en italique) « sapiens » désigne ici l'espèce (en minuscule italique) « Linné » identifie le nom du naturaliste qui a nommé et décrit l'espèce « 1758 » situe l'année de publication de la diagnose, ou de sa validation Nomenclature Faire une observation naturaliste Quésaco ? 4 informations nécessaires - Objet = nom de la plante - Date - Lieu (le plus précis possible) - Observateur Quoi/quand/ou/qui ? + milieu naturel, effectifs, phénologie, personne qui a réalisé la détermination, autres personnes présentes… Conserver une trace, une preuve : - Planche d’herbier : idéal mais faire preuve de bon sens et de respect - Photo : quoi photographier ? Partager ses données : - CBN : SILENE, SIFlore (http://flore.silene.eu/index.php?cont=application&event=init) (http://siflore.fcbn.fr/?cd_ref=&r=metro) - Tela Botanica : carnet en ligne (http://www.tela-botanica.org/page:cel) Intérêt - Personnel - Connaissances globales sur la flore : répartition, localisation de plantes à protéger, possibilité de comparaison, travaux en systématique, etc. Dangers/précautions - Destruction station lors de collectes (ancien) - Pillage (orchidées, fougères aquatiques) Merci pour votre attention ! Des questions ? Quelques références - Guillaume Lecointre, Hervé Le Guyader, 2001. Classification phylogénétique du vivant. Francis Hallé (sous la dirrection de), 2008 . Aux origines des plantes, des plantes anciennes à la botanique du XXIe siècle. 675p. Paul MAZLIAC, 2009. Evolution chez les végétaux Stephen Jay Gould, 1997. Darwin et les grandes énigmes de la Vie François VERNIER, Histoire de la systématique botanique. Floraine Cours inspiré : - du cours de Guillaume Papuga : Le règne végétal : Evolution du monde végétal à travers les temps géologiques - du cours de Francois Munoz : Le règne végétal, une longue histoire ! - du cours de Errol Vela : Apprendre à faire une observation naturaliste