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Expérimentations scientifiques sur le genre Sarracenia

Bonjour à toutes et à tous,

 

Il y a environ deux semaines, un chercheur est venu tout spécialement de Tours pendant plusieurs jours afin de faire des expériences scientifiques sur les Sarracenia de la collection PhagoPhytos à Chambéry en Savoie.

expériences sylvain juin 2017 (2)Image 1 – S. Pincebourde (CNRS) à droite et moi-même à gauche

 

Ce genre de plantes carnivores est particulièrement sous étudié alors que les feuilles sont profondément modifiées afin d’attirer, de capturer et de digérer des insectes. Nous nous sommes alors posés les questions suivantes :

  • Quelles sont les conditions abiotiques (températures principalement) des différentes parties du piège à savoir : zone de digestion, zone cireuse, opercule et extérieur du piège ? Les températures internes sont-elles différentes de celles à l’extérieur ? Cela peut-il jouer un rôle dans l’attraction ou la digestion des proies ?
  • Comment ces feuilles photosynthétisent-elles ? Certaines parties sont-elles exclusivement réservées à la photosynthèse et d’autres au piégeage ?
  • Les conditions abiotiques et la génétique des plantes permettent-elles d’expliquer l’efficacité de la digestion ? Les pièges doivent-ils être stimulés pour produire des enzymes digestives ou le font-ils en continu ?
  • Comment varie le spectre d’absorption des pièges en fonction de leur coloration ?

expériences sylvain juin 2017 (15)Image 2 – Pour chacune des expériences, nous avons choisi un large panel de forme et de coloration allant de vert pomme à rouge pourpre en passant par le blanc.

Des mesures de températures

Nous avons tout d’abord mesuré la température au niveau du liquide digestif en continu sur environ 40 pièges divers et variés. Les plantes étaient toutes situées dans la même partie de la serre afin de ne pas biaiser les résultats. De plus, 3 fois par jour, nous mesurions la température au niveau de la zone cireuse et nous prenions des images thermiques de l’extérieur du piège et de l’opercule. Enfin, des sondes disposées dans la serre ainsi qu’à l’extérieur de celle-ci ont pris la température environnante de manière continue.

Nous avons récolté un nombre très importants de données qu’il faudra traiter et analyser pour dire s’il y a réellement une différence entre la température extérieure et intérieure des pièges. Néanmoins, les premiers résultats semblent montrer qu’il fait en moyenne plus chaud à l’intérieur des pièges qu’à l’extérieur, la partie la plus chaude étant le fond du piège au niveau de la zone de digestion. De plus, les plantes rouges semblaient plus chaudes que celles qui étaient vertes.

expérience sylvainexpériences sylvain juin 2017 (10)Images 3 et 4 – les sondes de températures utilisées

Si ces résultats sont avérés, nous pouvons nous demander quelle est la température optimale pour la digestion des proies, et s’il y a une raison particulièrement pour que l’intérieur des pièges soit plus chaud que l’extérieur. Cela pourrait permettre de mieux attirer les insectes en dégageant de la chaleur ou en émettant les molécules volatiles odorantes plus efficacement.

 

Une photosynthèse particulière ?

Chez les Sarracenia, le limbe de la feuille (organe normalement plat et photosynthétique) est l’opercule et le tube est en fait le pétiole (partie normalement rigide liant le limbe à la tige). Nous avons donc étudié l’activité photosynthétique des opercules de différentes espèces aux colories variées. Sans grande surprise, nous avons remarqué que les opercules verts (pure ou veiné) photosynthétisent plus que ceux de couleur rouge, eux-même photosynthétisant plus que les opercules blancs (S. leucophylla) qui sont proches de 0.

expériences sylvain juin 2017 (6)Image 5 – Une grosse machine mesurant l’activité photosynthétique des plantes.

Néanmoins, nous avons poursuivi l’étude aux tubes mais aussi aux phyllodes et aux ailes, cette partie feuillue du tube. Surprise, alors que les tubes ne semblent pas photosynthétiser beaucoup (tout comme les opercules dont la valeur étaient globalement basse), les ailes et les phyllodes avaient une activité photosynthétique jusqu’à 2 fois plus importantes.

Ces résultats restent à confirmer mais cela expliquerait les différents développements des pièges : chez certaines espèces, ils sont d’abord ailés puis bien formés (S. leucophylla, alata), chez d’autres, c’est l’inverse (S. flava, oreophila). Cela pourrait provenir de la priorité accordée par la plante à la photosynthèse (pièges ailés qui capturent peu de proies mais font de la photosynthèse) ou à la carnivorie (pièges bien formés mais peu photosynthétiques). Cela pourrait même être lié à la qualité du sol : s’il est « riche » en nutriments, la plante va plutôt faire de la photosynthèse, mais s’il est pauvre, la plante va favoriser la carnivorie. Tant de nouvelles questions en perspective !

expériences sylvain juin 2017 (14) (1)Image 6 – Mesure de la photosynthèse

Quid de la digestion et de l’absoption UV ?

Pour mesurer la digestion des plantes, nous les avons nourries avec des larves de drosophile. Nous avons récupéré ces larves après deux jours et je récupérerai le reste après deux semaines et deux mois pour voir la vitesse et l’efficacité de digestion en fonction de la taille des pièges, de leur forme, leur couleur et de l’espèce.

J’avais bouché certains des pièges avant l’expérience afin de les laisser vierges jusqu’à l’ajout de proies. L’idée est de savoir s’ils ont besoin d’être stimulé pour produire des enzymes digestives. Dans ce cas, les pièges qui n’étaient pas bouchés (avec donc potentiellement quelques proies à l’intérieur) devraient digérer plus rapidement les larves car les enzymes sont déjà présentes dans le tube.

Concernant l’absorption lumineux, nous avons remarqué une nette différence, prévisible, entre les plantes vertes et rouges. Néanmoins, certaines plantes particulièrement pourpres semblaient absorber beaucoup dans l’Ultra Violet (UV) qui est une longueur d’onde connue pour être vue par… les insectes ! Les plantes aux pièges rouges foncés ont donc une activité photosynthétique moindre que celles aux pièges verts, mais pourraient capturer plus d’insectes en rayonnant dans l’UV.

frt04 juin 2017 (2)Image 7 – Ce tube est si foncé que les veines apparaissent presque bleu… Et pour cause, cette plante rayonne dans l’ultra violet (Sarracenia flava var rubricorpora).

 

Beaucoup de données et beaucoup de questions sans réponse, pour l’instant. L’analyse de toutes les données va prendre du temps et nous espérons à terme pouvoir mettre en lumière certains procédés physiologiques des plantes carnivores, les sacrifices et coûts qu’engendre la carnivorie dans le règne végétal.

 

Affaire à suivre donc…

4 hybrides PhagoPhytos officialisés

C’est avec un grand plaisir que je vous annonce la parution officielle de 4 hybrides Phagophytos dans la dernière revue de l’International Carnivorous Plant Society (website : http://www.carnivorousplants.org/) de Septembre 2015 !

Les hybrides concernés sont :

Description officielle (Vol. 44, Septembre 2015)

    I bought this cute hybrid in 2006 from a French carnivorous plant specialist called “Damien Chertier” who used to sell plants. The parents are unknown.

    This little Sarracenia, which rarely exceeds 35 cm in height, possesses red-veined yellowish pitchers at opening, which become all red very fast (Figs. 6 & 7), arranged in a rosette around the rhizome. The small flower with red-to-purple petals and sepals is borne on a peduncle 45 cm high (Fig. 7). The plant produces a lot of pitchers during the growth season but seems to divide very little, usually once a year during spring.

      Sarracenia ‘Amphibien’ may be the result of a very complex crossing between Sarracenia psittacina, S. purpurea, and S. alata, but it is still unclear as the shape of the pitchers is very different from other hybrids.

      The name “Amphibien” (amphibian in English) comes from the particular shape of the opening pitcher that reminds me a croaking frog. This plant should be reproduced only by vegetative means to ensure that its unique characteristics are maintained.

amphibien fond noire mai 2016 (2)sarracenia amphibien septembre 2018 (2)sarracenia amphibien juin 2017


Description officielle (Vol. 44, Septembre 2015)

      I obtained this hybrid from a French carnivorous plant specialist called “Damien Chertier” who used to sell carnivorous plants. He didn’t remember the origin of the parents.

      Sarracenia ‘Elvis Presley’ is a green yellowish plant wearing delicate red veins on glabrous pitchers at the beginning of the growth season, which become finely pubescent at the end of it (Figs. 1 & 2). The pale yellow flower that blooms in spring is a little bit taller than the pitchers and is difficult to pollinate. Indeed, I have almost never got seeds from this hybrid, or only a few sterile ones. Just before winter, the plant produces some curved phyllodes toward the ground which could suggest Sarracenia oreophila heritage. It grows fast and multiplies easily.

      The specific name “Elvis Presley” comes from the particular shape of the lid with its wound spur, which reminds me the hairstyle of the famous rock ’n’ roll singer Elvis Presley.

      This hybrid may be the result of complex crossing between Sarracenia oreophila, S. flava, and S. alata. This plant should be reproduced only by vegetative means to ensure that its unique characteristics are maintained.

elvis presley juillet 2016 (1)sarracenia elvis presley mi juillet 2018 (1)Sarracenia Elvis presley début Juin 2017 (2)sarracenia elvis presley juin 2017 (4)


Description officielle (Vol. 44, Septembre 2015)

      I found this plant in Marcel Lecoulfe’s greenhouse in 2005 without a label. The seller told me it was a special variety of Sarracenia rubra, which is impossible given the shape and color of the pitchers and the flowers.

      The plant is 60 cm tall bearing initially orange pitchers which quickly turn red, copper, and purple (Figs. 1 & 2). The underside of the lid is pubescent. The flower is large, with bright yellow bracts and sepals (Fig 2) that tend to become copper as the season progresses. The first spring pitchers are usually aborted, very small and broadly winged, but they become better shaped during the summer. This plant doesn’t produce a lot of well-formed pitchers.

      I called this plant “Rubis Rare” (rare ruby) because of the completely red to purple color of the few pitchers at the end of the growth season.

      This hybrid is probably complex, but has certain characteristics of S. purpurea. Nevertheless, its yellow flower and red pitchers indicate a probable crossing with S. flava var. rubricorpora or var. atropurpurea or with S. alata var. nigropurpurea.

rubis rare septembre 2016 (5)sarracenia rubis rare aout 2017 (2)sarracenia rubis rare début mai 2017Sarracenia rubis rare juin 2017 (2)


Description officielle (Vol. 44, Septembre 2015)

  I made this hybrid between Sarracenia ’Rubis Rare’ × (× mitchelliana) in 2008, but I didn’t take care of the seedlings until 2013. Indeed, one was larger than all the others, which increased my interest in this crossing. I transplanted it to a large pot and, the year after, it was showing all its characteristics.

      The size of the pitchers and the lids are amazingly huge and the plant produces a lot of traps that sometimes fall down under their own weight. At first, pitchers are heavily veined and well colored, but after some weeks they become entirely red (Figs. 1 & 2). The pure yellow flower appears during spring (Fig. 3) and might be smaller than the pitchers. Sarracenia ‘Dantadelle’ produces a lot of sweet nectar, grows fast from very early spring until very late summer.

      I have selected this particular clone because it was clearly bigger and different from the other seedlings of the same breeding. I gave it the name “Dantadelle” because of an old bet with friends during my bachelor’s degree; I promised them that I will give my first interesting hybrid this name. This cultivar should be reproduced only by vegetative means to ensure that its unique characteristics are maintained.

sarracenia dantadelle mi juillet 2018 (1)Sarracenia dantadelle début mai 2017 fond noir (7)sarracenia dantadelle début mai 2017 (7)sarracenia dantadelle mi juillet 2018 (3)

Vous pouvez retrouver le PDF de la version officielle ici :

http://www.carnivorousplants.org/cpn/articles/CPNv44n3p156_163.pdf

Enjoy !

Les interactions plantes-animaux chez les plantes carnivores

Les organismes entretiennent de nombreuses interactions dans la nature pour leur survie. Les plantes carnivores, qui ont évolué pour attirer, capturer, tuer des proies et en tirer des bénéfices, ont tissé au fil du temps des interactions mutualistes parfois surprenantes avec des insectes et même des mammifères, notamment pour l’acquisition de leur nourriture… Voyons quelles sont ces stratégies évolutives

C’est quoi une « interaction » ?

Il existe plusieurs types d’interactions entre les organismes, vous allez rapidement comprendre qu’elles ne sont pas toujours aussi évidentes qu’elles n’en ont l’air. En effet, du point de vue d’une espèce interagissant avec une autre, une interaction positive va lui apporter un bénéfice (nourriture, protection etc.), une interaction négative un inconvénient (moins de nourriture, voire la mort), mais il existe aussi des interactions neutres.

Prenons quelques exemples : la prédation (ou le parasitisme) représente une interaction entre deux organismes, positive pour le prédateur ou le parasite (obtention de nourriture et/ou de logis) et négative pour la proie ou l’hôte (réduction du feuillage, affaiblissement, mort etc.). La compétition représente une interaction négative pour les deux (ou plus !) organismes qui luttent pour l’obtention d’une ressource limitée (lumière, nutriment, espace etc.). Enfin, dans le cas de la symbiose ou du mutualisme, les organismes en interaction obtiennent tous des bénéfices. Nous pouvons maintenant compliquer un peu les choses avec le commensalisme qui représente une interaction positive pour une espèce et neutre pour une autre, par exemple, la facilitation entre des espèces arbustives et de petites plantes annuelles qui profitent de l’ombre créée par les premières sans pour autant perturber leur développement. En effet, les arbustes ont des racines profondes et ne sont pas impactés par la croissance des plantules, en revanche, les plantules sont largement bénéficiaires de la présence de l’arbuste qui crée un micro-climat plus frais et plus humide dans une région désertique. L’inverse du commensalisme s’appelle l’amensalisme et représente cette fois une interaction neutre pour un parti et négative pour l’autre, par exemple, le piétinement répété des végétaux par des animaux qui peut conduire à un changement de communauté végétal.

Photo 7 - Une image pour résumer le phénomène de facilitation
Une plante en coussin (Frankenia triandra), facilite l’implantation d’un jeune arbuste près du Salar de Uyuni, en Bolivie.

Les interactions classiques chez les plantes carnivores

Comme beaucoup d’autres espèces de plantes à fleur, les plantes carnivores ont besoin d’insectes pour la pollinisation des fleurs et donc la reproduction sexuée des espèces. Cette interaction est qualifiée de « mutualiste » car les deux organismes tirent des bénéfices de ce phénomène : l’insecte se nourrit de pollen et/ou de nectar et la plante se reproduit. Elles entretiennent aussi une interaction que l’on peut qualifier de « prédation » en capturant des insectes. En revanche, elles ont développé des mécanismes assez astucieux pour ne pas capturer leurs pollinisateurs ce qui pénaliserait leur reproduction et leur potentiel adaptatif. La fleur peut être produite avant les pièges, comme c’est le cas chez les Sarracenia, et ainsi séparer dans le temps la reproduction et la prédation. Elle peut aussi être perchée au sommet d’une longue hampe florale, loin des feuilles transformées en pièges, comme c’est le cas chez la dionée (Dionaea muscipula) ou chez de nombreuses Drosera. Enfin, les plantes carnivores peuvent produire des composés volatiles odorants ou des signaux visuels différents soit pour attirer les proies au niveau des pièges soit pour attirer les pollinisateurs au niveau des fleurs. Ces trois méthodes permettent la séparation temporelle, géographique et sensorielle des fleurs et des pièges.

Une abeille charpentière pollinise des fleurs de Sarracenia leucophylla en Europe. Cette abeille n’est pas capturée par les pièges qui commence à peine à se former.

Un mutualisme inattendu

Détaillons maintenant plusieurs interactions que les plantes carnivores entretiennent avec d’autres organismes (liste non exhaustive).

  • Commensalisme entre araignées et Sarracenia

Dans leurs milieux naturels, certaines araignées, notamment l’araignée lynx (Oxyopidae), profitent de l’attraction des insectes par les Sarracenia pour tisser leur toile à l’entrée des pièges ou à proximité de ces derniers augmentant ainsi ses chances de capturer des proies. La plante produisant plusieurs pièges ne se voit pas ou peu impactée par ce petit désagrément qui ne dure guère plus de quelques semaines en général. Ces mêmes araignées sont aussi capables d’entrer dans le piège d’un Sarracenia sans glisser sur les parois afin d’aller chercher leur repas dans l’antre de la plante carnivore. Ce type d’intéraction, vous l’aurez compris, est du commensalisme.

Araignée lynx postée à l’entrée du piège d’un Sarracenia flava. Photo : Sarracenia.com

Ce genre de phénomène est aussi régulièrement observé en culture et il n’est pas rare que des araignées tissent leur toile à proximité des urnes redoutablement attractives pour les insectes. D’autres interactions commensalistes sont observables comme par exemple ce papillon qui profite du nectar des Sarracenia sans risquer de se faire piéger grâce sa taille. La plante produisant du nectar en continu ne se voit pas impactée par la présence de ce papillon.

papillon sur Sarracenia octobre 2014 (5)

  • Punaises et Roridula

Passons maintenant aux vraies interactions mutualistes. Le Roridula gorgonias est une plante protocarnivore, cela signifie qu’elle est capable d’attirer et de capturer une proie mais ne produit pas d’enzymes digestives. Dans son milieu naturel en Afrique du Sud, cette plante héberge une petite punaise (Pameridea marlothii) qui vit sur ces feuilles et qui arrive à éviter les trichomes englués d’une résine extrêmement collante, plus encore que celle du genre Drosera. Cette punaise se nourrit des proies capturées par le Roridula et, en contre partie, ses déjections très riches en azote sont directement assimilées par les feuilles de la plante, lui permettant ainsi une meilleure croissance.

On lit souvent, à tord, que cette relation est une parfaite symbiose entre la plante et l’insecte. En réalité, il s’agit d’une interaction mutualiste car la plante peut survivre sans la présence de cette punaise, et vise versa, ce qui n’est pas le cas dans une réelle relation symbiotique où les deux organismes sont interdépendants pour leur survie (algues et champignons chez le lichen par exemple).

Les punaises attaquent une mouche capturée par une Roridula. Photo : carnivorousockhom.blogspot.com

  • Les interactions des Nepenthes

Le genre Nepenthes est sans aucun doute le genre qui entretient le plus de relations mutualistes avec les animaux. Il existe de très nombreux exemples mais nous n’aborderons ici que certains d’entre-eux, vous verrez, assez représentatifs.

Commençons par Nepenthes albomarginata, reconnaissable entre mille par la ligne blanche qui ceinture l’entrée de son piège. Cette structure blanchâtre est en fait composée de milliers de petits trichomes qui sécrètent une substance très appétante pour les termites. Ces dernières sont attirées jusqu’au piège où elles peuvent se nourrir à volonté. En contre partie de la production coûteuse en énergie d’une nourriture spéciale et unique chez les Nepenthes, certaines d’entre-elles tombent malencontreusement dans le piège, nourrissant ainsi la plante.

Nepenthes albomarginata recouverte de termites. Photo : http://www.tropicalplantbook.com/

D’autres espèces nouent une relation mutualiste avec des amphibiens et notamment des grenouilles. Ces dernières sont capables de ne pas glisser à l’intérieur du piège et, un peu comme l’araignée lynx chez les Sarracenia, elles se postent à l’intérieur de l’urne en attendant que les proies arrivent, la plante digère alors ses excréments riches en azote. Des grenouilles sont aussi souvent observées à l’entrée des pièges de Sarracenia.

Grenouille attendant patiemment l’arrivée de proies. Photo : Wikipedia

Chez Nepenthes ampullaria, une espèce de grenouille (Microhyla nepenthicola) pond directement ses œufs à l’intérieur de l’urne. Les petits têtards, qui ne se font pas digérer par le piège, peuvent alors se développer en toute sécurité à l’abri des prédateurs et la plante assimile une fois encore leurs rejets azotés. Cette espèce est d’ailleurs assez particulière car elle semble avoir évolué pour récupérer les feuilles mortes des arbres et les digérer partiellement. Ce serait donc une plante « détritivore » ou coprophage.

Têtards de Microhyla nepenthicola profitant de l’abris d’un Nepenthes ampullaria.

Les abris qu’offrent les urnes de Nepenthes attirent aussi de plus gros animaux tels que des chauve-souris. En effet, Nepenthes hemsleyana propose un abris de choix pour ces mammifères (par exemple l’espèce Kerivoula hardwickii) en les protégeant des prédateurs et du soleil de la journée. Ainsi, ces petites chauves-souris passent leurs journées à l’intérieur du piège et la plante digère une nouvelle fois ses excréments (décidément…). Plus d’explications ainsi qu’une vidéo d’une chauve-souris entrant dans un piège de Nepenthes hemsleyana sont disponibles ici : https://www.livescience.com/51501-pitcher-plants-lure-pooping-bats.html?jwsource=cl.

https://ars.els-cdn.com/content/image/1-s2.0-S0960982215006697-gr1.jpg
Une chauve-souris sors du piège de Nepenthes hemsleyana : https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982215006697

Enfin, d’autres espèces, Nepenthes rajah et Nepenthes lowii, produisent une substance sucrée sous leur opercule qui attire de petits mammifères. La forme du piège est telle que l’animal est obligé de se positionner juste au dessus de l’entrée de l’urne, ainsi, tout en consommant sa nourriture sous l’opercule, ses déjections tombent dans le piège et sont assimilées par la plante. Chez Nepenthes lowii, cet apport représente jusqu’à 100% de l’azote capturé par la plante ! Nepenthes rajah produit d’ailleurs des pièges de taille impressionnante et capture parfois de petits mammifères. Les sucs sucrés sous l’opercule contiennent des substances volatiles proches de celles de fruits sucrés. De plus, ces espèces ont des couleurs permettant notamment d’attirer spécifiquement un petit mammifère arboricole (Tupaia montana).

Petit mammifère sur une urne de Nepenthes rajah.
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Petit mammifère arboricole (Tupaia montana) sur une urne de Nepenthes lowii.

Il existe encore beaucoup d’intéractions mutualistes de ce genre chez les plantes carnivores et nous commençons à les comprendre et à les étudier depuis une vingtaine d’années (en particulier chez les Nepenthes). N’oublions pas au passage que certaines plantes carnivores du genre Heliamphora ou encore Darlingtonia ne sont capables d’assimiler l’azote de leurs proies uniquement grâce à un mutualisme avec des bactéries qui digèrent les insectes pour elles et rendent accessibles les nutriments à l’absorption en les découpant ; c’est d’ailleurs en partie ce qu’il se passe dans la digestion des Hommes (flore intestinale) et des animaux en général.

Enjoy !

Source photo : Phagophytos si non mentionnée sur l’image ou en légende.