Les scientifiques résolvent enfin le "mystère abominable" de Charles Darwin

Pendant de nombreuses années, Charles Darwin a été hanté par les fleurs. En 1859, le naturaliste publie son ouvrage le plus célèbre, À propos de l'origine des espèces, le livre généralement considéré comme le fondement de la biologie évolutive. Mais 20 ans plus tard, il était toujours dérangé par un seul problème: d'où venaient toutes ces fleurs? Dans une lettre au botaniste Joseph Dalton Hooker en 1879, Darwin qualifia ce problème de "mystère abominable". Cela peut sembler idiot, mais Darwin ne pourrait vraiment pas expliquer comment les plantes à fleurs - appelées angiospermes - étaient devenues si dominantes si rapidement. angiospermes primitifs - un groupe qui comprend les pins et les palmiers.

L'enregistrement des fossiles nous montre qu'il y a environ 100 millions d'années, pendant la période du crétacé, une énorme variété d'angiospermes sont apparus et ont remplacé les gymnospermes en tant que type de plante dominant sur Terre. Cette soudaine abondance de plantes - ancêtres de la lavande moderne, du blé, des roses, des magnolias, des marguerites, etc. - allait à l’encontre de la théorie de Darwin selon laquelle de nouvelles espèces apparaissaient très lentement au fil du temps en raison de pressions sélectives. Les hypothèses actuelles suggèrent que la plupart des angiospermes ont évolué parallèlement aux insectes ou autres animaux qui les pollinisent, sans quoi les plantes ne pourraient pas produire de fruits à pépins. Mais ces hypothèses n’expliquent pas le boom épique des anciens angiospermes.

Dans un article publié jeudi dans le journal Biologie PLOS, un couple de scientifiques a proposé une réponse au mystère abominable de la raison pour laquelle les angiospermes ont remplacé les gymnospermes si brutalement. Kevin Simonin, professeur assistant d'écologie et d'évolution à la San Francisco State University, et Adam Roddy présentent la preuve que tout se résume à l'efficacité des cellules. Le secret du succès des angiospermes, disent-ils, réside dans une réduction rapide de la taille des cellules de la plante, il y a environ 140 millions d'années. Cette réduction des effectifs a considérablement augmenté leur efficacité. Une fois que les angiospermes sont devenus beaucoup plus efficaces, leur domination des écosystèmes terrestres n’était plus qu’une question de temps.

L’équipe de recherche est parvenue à cette conclusion en examinant la taille relative des génomes chez les angiospermes et les gymnospermes, puis en comparant ces chiffres à la capacité de captage du dioxyde de carbone des plantes et à l’efficacité du transfert de liquide. La taille des cellules peut varier considérablement en raison de divers facteurs, mais la taille du génome est un puissant facteur de prédiction de la taille des cellules. Par conséquent, ont-ils conclu, un génome plus petit signifie une cellule plus petite - et donc plus de cellules peuvent être emballées dans le même volume de tissu végétal, permettant à une plante de consommer plus de dioxyde de carbone et d'eau, produisant ainsi plus de glucides qui produisent de l'énergie et stimulent la croissance.

La photosynthèse fait également partie intégrante de cette image car, comme nous le savons tous, les plantes ont besoin de la lumière du soleil pour transformer l’eau et le dioxyde de carbone en hydrates de carbone. Des recherches antérieures ont démontré que les capacités photosynthétiques supérieures des angiospermes les aidaient à se développer beaucoup plus rapidement que leurs cousins ​​gymnospermes, mais cette nouvelle étude nous montre que Comment Les angiospermes ont atteint ce haut niveau d'efficacité.

Ainsi, même si la coévolution avec les pollinisateurs a joué un rôle important dans les mécanismes spécifiques de l’évolution des angiospermes, Simonin et Roddy disent qu’il existe un élément commun à toutes ces plantes, un élément fondamental de leur architecture biophysique, qui leur a permis de conquérir le monde. Peut-être que cette recherche rassurerait Darwin. Mais plus probablement, il aurait juste de nouvelles questions.

Abstrait: L'origine abrupte et la diversification rapide des plantes à fleurs pendant le Crétacé ont longtemps été considérées comme un «mystère abominable». Bien que la cause de leur grande diversité ait été attribuée en grande partie à la coévolution avec les pollinisateurs et les herbivores, leur capacité à supplanter les fougères et dominantes Les gymnospermes ont fait l’objet de nombreuses hypothèses. Il est courant que ces angiospermes développent à eux seuls des feuilles avec des stomates plus petits et plus nombreux et des réseaux de veinures plus ramifiés qui permettent des taux plus élevés de transpiration, de photosynthèse et de croissance. Pourtant, on ignore comment les angiospermes remplissent leurs feuilles de stomates plus petits et plus abondants et de plus de veines, mais sont liés - nous le montrons - à de simples contraintes biophysiques sur la taille des cellules. Seules les lignées d'angiospermes ont subi une réduction rapide du génome au début du Crétacé, ce qui a facilité la réduction de la taille des cellules nécessaire pour emballer davantage de veines et de stomates dans leurs feuilles, ce qui a permis de rapprocher la productivité primaire réelle de son potentiel maximum. Ainsi, les capacités compétitives accrues des angiospermes sont dues en grande partie à la réduction de la taille du génome.