Géranium. Source.
La vie de ce géranium semble bien paisible, immobile et silencieux. Derrière lui se cache près de 500 millions d’années d’évolution sur la terre ferme. Les plantes, premières colonisatrices de la Terre n’ont pas cessé d’évoluer pour s’adapter aujourd’hui à toutes les latitudes de la planète (mis à part les zones les plus froides).
Elles se sont diversifiées et développées jusqu’à être présentes presque partout ! Leurs adaptations ne manquent pas d’originalité. Du séquoia géant, dépassant les 80 mètres, au pissenlit de quelques centimètres, leur variété de forme est spectaculaire !
Mais leur origine est commune. Elles proviendraient du milieu aquatique. Nous allons découvrir dans cet article :
Comment les plantes sont sorties de l’eau ? Et comment ont-elles survécu à l’air libre ?
La (ou les) sortie(s) des eaux
L’origine des plantes est assez mal connue, mais l’on sait qu’elles ont toutes un ancêtre commun aquatique proche parent d’une famille d’algue : le groupe des charophytes.
Algue du groupe des charophytes.
L’histoire des “plantes terrestres” commence lorsque certaines algues ont acquis des caractéristiques spécifiques pour vivre en milieu terrestre. Il existe plusieurs hypothèses sur la manière dont les “algues” sont sorties des eaux. Il est possible que cela ait eu lieu à plusieurs endroits de la planète et à des moments différents. Une des hypothèses, est que les algues proches de la mer, ont dû subir le balancement des marées. A marée basse, elles se retrouvent à l’air libre.
Le danger principal est qu’elles meurent desséchées. Au cours de plusieurs millions d’années, elles ont acquis des innovations évolutives leurs permettant de lutter contre se dessèchement. Ces innovations auraient permis l’apparition des premiers caractères des plantes terrestres.
Comment lutter contre le dessèchement ?
L’une de ces innovations est l’apparition d’une cuticule, une enveloppe imperméable qui recouvre tout l’appareil aérien de la plante. Elle est composée de cutine et de cires, deux constituants gras qui protègent la plante de la déshydratation. C’est sans doute la première innovation majeure de l’histoire des plantes terrestres.
Schéma de la structure d’une feuille. Source.
Toute l’histoire évolutive des plantes terrestres est étroitement liée à un enjeu primordial, la gestion de l’eau. Celle-ci est indispensable au fonctionnement des cellules et à la survie de la plupart des organismes que nous connaissons. L’eau doit donc être absorbée par la plante et stockée.
Pour les plantes aquatiques, l’eau est partout. C’est un milieu homogène où les variations de température sont faibles. Le milieu terrestre est tout autre. Le sol et l’atmosphère sont des espaces où la plante doit aller chercher ses ressources.
C’est cette différence de milieux qui a engendré l’émergence d’organes spécialisés chez les plantes terrestres comme les racines ou les feuilles.
Dispersons-nous !
Les premières plantes étaient proches des zones humides, d’une part pour éviter le dessèchement, mais également pour se reproduire. En effet, celles-ci se reproduisaient exclusivement via des spores. Ce sont des organes de reproduction qui nécessitent la présence d’eau pour l’étape de fécondation. Un autre moyen de dispersion efficace est apparu bien plus tard, la graine. Ces deux moyens de dissémination des cellules reproductrices sont encore présents aujourd’hui. Les plantes à spores et à graines ont deux stratégies différentes. Les premières produisent beaucoup de spores qui ont peu de chance de germer, car ils sont dépendant de l’eau. Alors, les deuxièmes ont une production moins abondante, mais avec des chances plus élevées de germer grâce à la présence de réserves nutritives dans la graine.
De nos jours, les espèces de plantes à spores sont moins nombreuses que les plantes à graines, mais au Carbonifère (-345 à -280 millions d’années), elles formaient des grandes étendues de forêts marécageuses où se mêlaient des espèces de fougère arborescente comme le lépidodendron ou le sigillaire.
Lépidodendron (Lycophytes) présent au Carbonifère.
Sigillaire (Lycophytes) présent au Carbonifère.
Forêt marécageuse au Carbonifère (-345 à -280 millions d’années). Source.
Les plantes vivent de photons et de terre fraîche.
Ces fougères arborescentes pouvaient atteindre 30 à 40 mètres de hauteur ! Pour rester debout, elles ont besoin de solides fondations. L’apparition des racines se fait au début du Carbonifère (-345 millions d’années) chez les lycophytes (ou fougères arborescentes). L’appareil souterrain primitif était des stigmarias disposés en croix, comme ceux présents chez les lépidodendrons. Les racines que nous connaissons apparaissent plus tard, probablement au moment de l’émergence des plantes à graines.
Elles permettent d’ancrer la plante dans le sol, mais aussi d’absorber l’eau et les nutriments. Cette eau et ces nutriments remontent ensuite dans la plante ! Ce fabuleux phénomène est du à l’évapotranspiration. Les plantes transpirent !
L’eau prélevé par les racines, s’évapore au niveau des feuilles. Source.
L’eau qui s’évapore par les feuilles des végétaux permet de faire remonter l’eau prélevée au niveau des racines. On dit que l’eau est cohésive, chaque molécule d’eau évaporée va laisser un vide. Ce vide sera remplacé par la molécule d’eau directement en dessous, entraînant l’ensemble de la colonne d’eau dans la plante. Ainsi, plus une plante transpire, plus la quantité d’eau qui circule dans la plante est importante ! L’évapotranspiration est une adaptation essentielle aux grandes plantes terrestres.
C’est un moteur pour transporter l’eau et les nutriments dans la plante, qui peuvent aussi être acheminés par la sève. La sève circule dans toute la plante grâce à des vaisseaux conducteurs. Ils sont rigidifiés, et permettent à la plante de se maintenir debout.
Cette caractéristique est très importante dans la compétition pour la lumière du soleil, principale source d’énergie des plantes. Les algues et les plantes terrestres ont donc besoin d’énergie lumineuse pour se développer. La photosynthèse permet de convertir les sels minéraux absorbés en matière organique grâce à l’énergie lumineuse provenant du soleil. Les photons émis par le soleil sont principalement captés par les feuilles. C’est le lieu où se déroule la photosynthèse.
Cela nécessite un apport d’eau, et de dioxyde de carbone au niveau des feuilles. Des petites ouvertures, appelés stomates, permettent à l’eau et au dioxyde de carbone de rentrer dans la plante. Ces composés seront utilisés par la plante pour la photosynthèse. Les stomates ont la particularité de pouvoir s’ouvrir et se fermer selon les besoins de la plante. Ainsi, si l’air est trop sec, les petites ouvertures se ferment empêchant ainsi à la plante de se déshydrater.
Pour connaître davantage les adaptations que les plantes ont acquises au cours de leur histoire évolutive, vous pouvez visionner cette petite illustration en cliquant dessus, puis en zoomant et dé-zoomant à votre guise !
Bibliographie
Wellman, C. H., Osterloff, P. L., & Mohiuddin, U. (2003). Fragments of the earliest land plants. Nature, 425(6955), 282‑285. https://doi.org/10.1038/nature01884
Hallé, F., & Lieutaghi, P. (2008). Aux origines des plantes. Paris: Fayard.
Mazliak, P. (2009). L’évolution chez les végétaux: des bactéries aux arbres et aux plantes à fleurs. Paris: Vuibert : ADAPT-SNES.
Revue hors série de Sciences et Avenir (avril-mai 2017), La vie secrète des plantes.
Café des sciences (2013), Prenez en de la graine ! http://fish-dont-exist.blogspot.fr/2013/07/prenez-en-de-la-graine.html
CNRS, J-Y. Dubuisson, P. Racheboeuf, P. Janvier, Du Silurien au Dévonien : les sorties des eaux. http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosevol/decouv/articles/chap2/dubuisson.html
Universalis, Gymnospermes, http://www.universalis-edu.com.rproxy.sc.univ-paris-diderot.fr/encyclopedie/gymnospermes/
C’est pas sorcier (2013), Odyssée des plantes, https://www.youtube.com/watch?v=9wLnavgmVjs
L. Jacquet, F. Hallé, M. Papineschi. Il était une forêt [documentaire].2013, 1h18.
Certains dessins ont été réalisés par Erwan Le Jeune.
Pingback: #DiderOdyssée L’odyssée des plantes terrestres – Culture Biologique Numérique