Adaptations des herbes aux changements climatiques

Les plantes sont les plus diverses dans les régions tropicales chaudes et humides, et deviennent moins diverses en se rapprochant des pôles plus froids. Beaucoup de grands groupes de plantes à fleurs ont commencé dans les tropiques parce que ces climats chauds sont apparus avant les plus frais. Quand les régions tempérées ont commencé à s'étendre, les plantes originaires des zones tropicales ont dû s'adapter pour survivre dans des conditions plus sèches et plus froides. Même s'il y avait beaucoup de temps pour que les plantes s'adaptent à ces nouveaux environnements, de nombreux groupes de plantes ne se sont pas établis à des latitudes plus élevées. Les scientifiques débattent des raisons derrière cela depuis des années.

Une idée commune est que le passage des régions tropicales aux régions tempérées n'est pas arrivé souvent car il est difficile pour les plantes de s'adapter aux climats froids. En conséquence, les plantes trouvées dans les zones tempérées partagent souvent un lien étroit avec leurs parents tropicaux.

Les recherches suggèrent qu'environ 40% à 50% de toutes les familles de plantes à fleurs ont des liens avec les plantes tempérées. Cependant, de nouvelles études indiquent que les transitions des environnements tropicaux aux environnements tempérés pourraient avoir été plus courantes qu'on ne le pensait. Cette transition pourrait s'être produite plusieurs fois, même au sein des mêmes familles et genres de plantes. Cela soulève l'idée que le processus de changement de la vie tropicale à la vie tempérée n'est pas aussi difficile qu'on le croyait autrefois et pourrait être soutenu par certaines caractéristiques qui aident les plantes à survivre dans ces climats difficiles.

#S'adapter au froid et à la sécheresse

Les plantes dans les régions tempérées font face à divers stress. Par exemple, le Gel peut nuire aux plantes de plusieurs façons, provoquant une déshydratation à cause du manque d'eau et endommageant leurs cellules lorsque la glace se forme. De plus, la croissance des plantes ralentit lorsque les températures descendent en dessous de 5°C et s'arrête presque complètement lorsqu'il gèle. Pour faire face à ces stress, les plantes doivent développer des changements physiologiques significatifs.

Dans les zones de gel, les plantes peuvent subir des gelées occasionnelles ou prolongées. Dans les zones tropicales, les températures peuvent descendre en dessous de zéro de temps en temps, mais les régions avec des hivers froids prolongés font également face à des changements saisonniers de précipitations, de température et de lumière du jour. La tolérance au gel seule n'est pas suffisante pour que les plantes survivent à ces hivers. Elles doivent s'adapter de diverses manières pour répondre aux changements saisonniers et à la saison de croissance plus courte.

Les recherches montrent que les Adaptations aux basses températures et au stress de la sécheresse sont liées. Sur un plan cellulaire, la déshydratation causée par la formation de glace est similaire à la déshydratation qui se produit lors d'une sécheresse. Certains gènes qui aident les plantes à répondre au stress du froid sont également actifs pendant les périodes de sécheresse. Tant la sécheresse que l'hiver présentent de longues périodes sans lumière du soleil pour la photosynthèse, rendant nécessaire pour les plantes de stocker des glucides pour survivre dans ces conditions.

De plus, les plantes venant de montagnes sèches tendent à être plus tolérantes au gel que celles venant de zones humides. Un prétraitement des plantes avec une carence en eau peut améliorer leur tolérance au gel, tandis qu'un prétraitement à la chaleur n'a pas le même effet. Malgré les preuves liant les réponses au gel et au stress de la sécheresse, beaucoup de choses restent encore inconnues sur la façon dont ces réponses au stress ont évolué ensemble. Une idée est que des traits anciens de tolérance au stress ont pu aider les plantes à survivre dans des zones plus froides et plus sèches. Une autre idée est que les plantes qui se sont déplacées vers des régions sujettes au gel avaient déjà des caractéristiques bénéfiques pour le froid et ont évolué à partir de leurs ancêtres tropicaux.

#Le rôle de la tolérance à la sécheresse

La tolérance à la sécheresse est considérée comme un trait ancien chez les plantes terrestres. Les premières plantes terrestres étaient probablement capables de survivre en se desséchant. Cependant, la tolérance à la sécheresse est moins courante chez les plantes vasculaires, qui ont évolué des structures pour les aider à faire face à des conditions sèches. Cela suggère que, bien que la capacité à tolérer la déshydratation ait été autrefois courante, elle a pu être perdue dans certaines lignées et remplacée par des formes anciennes de tolérance à la sécheresse.

Les graminées ont probablement vu le jour durant la période crétacée, probablement comme des plantes préférant l'ombre dans des forêts chaudes. Aujourd'hui, les graminées se trouvent dans divers environnements, des forêts tropicales aux toundras arctiques, y compris dans des zones très rudes. Différentes lignées de graminées ont probablement transitionné de milieux fermés à des habitats ouverts plusieurs fois, mais le nombre exact de transitions reste incertain.

La transition des climats tropicaux aux climats tempérés s'est également produite de manière indépendante dans diverses lignées. Cependant, les adaptations des graminées au froid n'ont pas été retracées aussi profondément dans leur histoire évolutive. Cela suggère que les graminées auraient pu s'adapter à des conditions sèches avant de répondre aux stress du froid.

En examinant les zones qui connaissent la sécheresse, le gel et les hivers rigoureux, les chercheurs peuvent collecter des données pour explorer si la tolérance à la sécheresse contribue aux adaptations aux climats froids. Ces Tolérances au stress sont évaluées de manière large, avec la tolérance au gel englobant diverses stratégies comme échapper au gel ou développer une résistance aux températures de congélation.

#Méthodologie de recherche

Pour comprendre comment la tolérance à la sécheresse pourrait aider à s'adapter aux environnements froids, les chercheurs ont rassemblé des données géographiques sur les espèces de graminées. Cela a impliqué de télécharger des observations de la présence de graminées à partir d'une base de données mondiale. Après avoir filtré les inexactitudes, ils ont associé les données géographiques à un arbre phylogénétique représentant les différentes espèces de graminées.

Définir des zones connaissant la sécheresse, le gel et des hivers sévères s'est avéré complexe, car la sécheresse peut être difficile à quantifier avec précision. Les chercheurs ont utilisé des zones de classification climatique pour catégoriser les zones. Pour la sécheresse, certaines zones arides et semi-arides ont été identifiées, ainsi que des savanes tropicales. Les zones sujettes au gel ont été classées comme celles ayant au moins un mois avec une moyenne en dessous de zéro degré Celsius.

Les graminées ont été notées pour leur tolérance à la sécheresse, au gel et aux hivers sévères en fonction de leur présence dans ces zones climatiques. Une espèce était considérée comme tolérante si un certain pourcentage de sa présence se trouvait dans des zones de sécheresse, de gel ou d'hiver. Plusieurs ensembles de données ont été créés avec différents seuils pour assurer la robustesse des résultats.

Les chercheurs ont reconstruit les états ancestraux pour la tolérance à la sécheresse, au gel et à l'hiver afin de visualiser leur évolution à travers différents groupes de graminées. Cela a impliqué d'utiliser des modèles tenant compte de taux d'évolution variables et de la façon dont les traits ont changé au fil du temps.

#Résultats sur la tolérance à la sécheresse et au gel

L'étude des espèces de graminées a montré que la tolérance à la sécheresse a probablement évolué tôt dans certaines lignées de graminées. L'ancêtre d'un grand clade était probablement tolérant à la sécheresse. Cependant, un autre clade ne montrait pas de signes de tolérance à la sécheresse profondément dans son évolution.

La tolérance à la sécheresse était probablement présente avant la tolérance au gel dans certains clades, tandis que dans d'autres, la tolérance au gel est apparue en premier. Il semble que les adaptations aux conditions d'hiver froid développent en réponse au gel saisonnier dans de nombreux groupes.

Les modèles ont indiqué une corrélation entre la tolérance à la sécheresse et la tolérance au gel/hiver, suggérant que la tolérance à la sécheresse pourrait avoir permis des adaptations au froid. Cependant, des modèles plus complexes doivent être testés pour confirmer ces résultats et prendre en compte les erreurs statistiques potentielles.

#Différents chemins évolutifs

Les résultats suggèrent que les espèces de graminées ont suivi des chemins différents dans leur adaptation à leurs environnements. Pour un clade, la tolérance à la sécheresse a été la première adaptation, menant à des adaptations subséquentes pour le froid. En revanche, un autre clade a peut-être développé d'abord la tolérance au gel.

Ces différents chemins évolutifs suggèrent un compromis entre les adaptations à la sécheresse et au froid. Les espèces pourraient ne pas être également adaptées pour survivre aux deux extrêmes, un schéma observé dans divers groupes de graminées.

L'étude a révélé que beaucoup de graminées occupent soit des habitats secs, soit des habitats froids, indiquant que la capacité à gérer ces stress s'accompagne souvent d'un coût en adaptabilité à l'autre.

#Conclusion

Cette recherche met en lumière les adaptations complexes des graminées aux climats changeants et l'importance de la tolérance à la sécheresse dans la facilitation des transitions vers des environnements tempérés. L'interaction entre les adaptations à la sécheresse et au gel est complexe et révèle comment l'histoire évolutive façonne les distributions et les capacités actuelles des plantes.

Comprendre ces adaptations fournit un aperçu de la façon dont les plantes pourraient réagir face aux futurs changements climatiques, mettant en avant la nécessité de recherches continues sur la diversité et la résilience des plantes. Les graminées, avec leur large distribution et leurs adaptations variées, constituent un modèle précieux pour étudier les effets des stress environnementaux sur l'évolution.