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10 : Adaptations végétales - Biologie

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10 : Adaptations végétales

Adaptation

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Adaptation, en biologie, le processus par lequel une espèce s'adapte à son environnement est le résultat de l'action de la sélection naturelle sur la variation héréditaire sur plusieurs générations. Les organismes s'adaptent à leur environnement de manières très diverses : dans leur structure, leur physiologie et leur génétique, dans leur locomotion ou leur dispersion, dans leurs moyens de défense et d'attaque, dans leur reproduction et leur développement, et à d'autres égards.

Le mot adaptation ne découle pas de son utilisation actuelle en biologie évolutive, mais remonte plutôt au début du XVIIe siècle, lorsqu'il indiquait une relation entre le design et la fonction ou comment quelque chose s'insère dans quelque chose d'autre. En biologie, cette idée générale a été cooptée pour que adaptation a trois sens. Premièrement, d'un point de vue physiologique, un animal ou une plante peut s'adapter en s'adaptant à son environnement immédiat, par exemple en modifiant sa température ou son métabolisme avec l'augmentation de l'altitude. Deuxièmement, et plus communément, le mot adaptation fait référence soit au processus d'adaptation, soit aux caractéristiques des organismes qui favorisent le succès de la reproduction par rapport à d'autres caractéristiques possibles. Ici, le processus d'adaptation est entraîné par des variations génétiques parmi les individus qui s'adaptent à un contexte environnemental spécifique, c'est-à-dire qui réussissent mieux. Un exemple classique est illustré par le phénotype mélanique (sombre) du papillon poivré (Biston betularia). Le processus d'adaptation se produit par un changement éventuel de la fréquence des gènes par rapport aux avantages conférés par une caractéristique particulière, comme avec la coloration des ailes des papillons.

La troisième vision de l'adaptation, la plus répandue, concerne la forme d'une caractéristique qui a évolué par sélection naturelle pour une fonction spécifique. Les exemples incluent les longs cous des girafes pour se nourrir dans la cime des arbres, les corps profilés des poissons et mammifères aquatiques, les os légers des oiseaux et mammifères volants et les longues canines en forme de dague des carnivores.

Tous les biologistes s'accordent à dire que les traits de l'organisme reflètent généralement des adaptations. Cependant, de nombreux désaccords ont surgi sur le rôle de l'histoire et de la contrainte dans l'apparition des traits ainsi que sur la meilleure méthodologie pour montrer qu'un trait est vraiment une adaptation. Un trait peut être fonction de l'histoire plutôt que de l'adaptation. Le pouce du panda, ou os sésamoïde radial, est un os du poignet qui fonctionne désormais comme un pouce opposable, permettant aux pandas géants de saisir et de manipuler les tiges de bambou avec dextérité. Les ancêtres des pandas géants et de toutes les espèces étroitement apparentées, telles que les ours noirs, les ratons laveurs et les pandas roux, ont également des os sésamoïdes, bien que ces dernières espèces ne se nourrissent pas de bambou ou n'utilisent pas les os pour se nourrir. Par conséquent, cet os n'est pas une adaptation pour l'alimentation du bambou.

Le naturaliste anglais Charles Darwin, en De l'origine des espèces au moyen de la sélection naturelle (1859), a reconnu le problème de déterminer si une caractéristique a évolué pour la fonction qu'elle remplit actuellement :

Les sutures des crânes de jeunes mammifères ont été avancées comme une belle adaptation pour aider la parturition [naissance], et sans aucun doute elles facilitent, ou peuvent être indispensables pour cet acte, mais comme les sutures se produisent dans les crânes de jeunes oiseaux et reptiles, qui seulement doivent s'échapper d'un œuf cassé, nous pouvons en déduire que cette structure est née des lois de la croissance, et a été mise à profit dans la parturition des animaux supérieurs.

Ainsi, avant d'expliquer qu'un trait est une adaptation, il est nécessaire d'identifier s'il est également présent chez les ancêtres et peut donc avoir évolué historiquement pour des fonctions différentes de celles qu'il sert actuellement.

Un autre problème dans la désignation d'un trait comme adaptation est que le trait peut être une conséquence nécessaire, ou une contrainte, de la physique ou de la chimie. L'une des formes les plus courantes de contrainte implique la fonction de traits anatomiques qui diffèrent par la taille. Par exemple, les canines sont plus grosses chez les carnivores que chez les herbivores. Cette différence de taille est souvent expliquée comme une adaptation à la prédation. Cependant, la taille des canines est également liée à la taille globale du corps (une telle mise à l'échelle est connue sous le nom d'allométrie), comme le montrent les grands carnivores tels que les léopards qui ont de plus grandes canines que les petits carnivores tels que les belettes. Ainsi, les différences dans de nombreuses caractéristiques animales et végétales, telles que la taille des jeunes, la durée des périodes de développement (p.

Les explications adaptatives en biologie sont difficiles à tester car elles incluent de nombreux traits et nécessitent des méthodologies différentes. Les approches expérimentales sont importantes pour montrer que toute petite variabilité, comme dans de nombreuses différences physiologiques ou comportementales, est une adaptation. Les méthodes les plus rigoureuses sont celles qui combinent des approches expérimentales avec des informations provenant de milieux naturels - par exemple, en montrant que les becs de différentes espèces de pinson des Galapagos ont une forme différente car ils sont adaptés pour se nourrir de graines de différentes tailles.

La méthode comparative, utilisant des comparaisons entre des espèces qui ont évolué indépendamment, est un moyen efficace pour étudier les contraintes historiques et physiques. Cette approche implique l'utilisation de méthodes statistiques pour tenir compte des différences de taille (allométrie) et des arbres évolutifs (phylogénies) pour tracer l'évolution des traits entre les lignées.


Adaptation des animaux

L'animal s'adapte pour vivre selon le lieu et la manière spécifiques. L'adaptation se produit en fonction de la structure physique de l'animal comme la taille et la forme du corps. L'adaptation se fait aussi en fonction du comportement de l'animal.

Les animaux sont confrontés à certains défis lorsqu'ils s'adaptent à leur nouvel environnement. Peu d'animaux qui ne s'adaptent pas finissent par mourir et se reposer commencent à s'accoupler et produisent des bébés, ce qui entraîne l'augmentation de leur espèce.

Les choses importantes requises pour qu'un animal s'adapte dans un environnement sont le lieu, les conditions climatiques car ces choses influencent les créatures vivant dans le lieu. La disponibilité de la nourriture joue également un rôle important dans l'adaptation. C'est ce qu'on appelle la « Survie du plus fort » car chaque animal doit s'adapter en conséquence et développer des mécanismes de défense pour se protéger des prédateurs.

Adaptation des plantes

L'adaptation des plantes pour survivre dans différentes zones est extrêmement importante. Une fois que les plantes se sont adaptées à un environnement, elles ont tendance à pousser à cet endroit et à ne pas bouger. La rareté de l'eau est le principal facteur dans les zones désertiques et les plantes ont tendance à s'adapter à cette condition environnementale.


Survivre à la sécheresse

Les plantes ont besoin de pluie pour survivre. Alors que se passe-t-il quand il ne pleut pas du tout pendant six mois ? Eh bien, les plantes de la savane ont développé des défenses pour cela. De nombreuses plantes ont des racines qui poussent profondément dans le sol, là où se trouve le plus d'eau. Cette défense permet également à la plante de survivre aux incendies car la racine n'est pas endommagée et peut repousser après le feu.

De nombreuses plantes, comme ce baobab, ont des adaptations qui les aident à survivre à la saison sèche. Cliquez pour plus de détails.

Les graminées sont construites pour survivre aux sécheresses car elles peuvent entrer en dormance pendant les périodes sèches, puis pousser rapidement une fois les pluies arrivées. De nombreuses plantes ne fleurissent qu'une partie de l'année pour préserver l'eau.

Certaines plantes, comme les arbres, doivent développer d'autres stratégies pour faire face aux sécheresses prolongées. De nombreuses plantes produisent des organes qui stockent l'eau, comme des bulbes ou des bulbes (une tige enflée qui se trouve sous terre, un peu comme un bulbe). Les baobabs sont capables de stocker de l'eau entre l'écorce et la viande de l'arbre qu'ils peuvent siroter pendant la sécheresse. Ils ont également une écorce épaisse et liégeuse qui résiste au feu et empêche l'évaporation de l'eau.


Une superherbe en devenir : adaptations de Parthénium hystérophorus à un climat changeant. Une critique

Mauvaise herbe de parthénium (Parthénium hystérophorus L.) est une plante envahissante à l'échelle mondiale avec des impacts négatifs importants sur l'environnement, l'agriculture, l'économie et la santé. Ce problème d'invasion est susceptible d'être exacerbé par le changement climatique. Concentration élevée de dioxyde de carbone dans l'atmosphère ([CO2]), les températures ambiantes élevées, les vagues de chaleur et les sécheresses faciliteront l'établissement, l'expansion de l'aire de répartition et le potentiel d'interférence de cette espèce envahissante tout en rendant sa gestion plus difficile. Ici, pour la première fois, nous examinons l'impact potentiel des éléments du changement climatique sur la biologie et la gestion des mauvaises herbes du parthénium aux niveaux régional et mondial. Nous établissons que (1) les plantes adventices du parthénium s'adaptent morphologiquement et physiologiquement pour maintenir ou promouvoir leur croissance, leur fécondité, leur capacité compétitive et leur effet allélopathique dans la plupart des scénarios de changement climatique (2) les éléments du changement climatique peuvent réduire la vigueur relative des plantes voisines, en particulier C4 graminées, en compétition avec le parthénium, fournissant à cette espèce envahissante un avantage concurrentiel (3) élevé [CO2] a l'effet positif le plus prononcé sur la performance du parthénium par rapport à d'autres éléments du changement climatique (4) l'efficacité d'un herbicide largement utilisé, le glyphosate, peut être réduite sur le parthénium cultivé dans des conditions élevées de [CO2] (5) des effets mitigés ont été signalés pour les agents de lutte biologique, certains perdant du terrain, tandis que d'autres maintiennent ou améliorent leur efficacité et (6) un plus grand risque de propagation et d'expansion de l'aire de répartition sous un changement climatique soutenu posera de plus grands défis pour la gestion dans écosystèmes naturels et gérés. Il y a eu une transition inquiétante de cette mauvaise herbe des paysages non cultivés aux agroécosystèmes en réponse aux récents changements climatiques et d'utilisation des terres. Toutes les preuves présentées dans cette revue suggèrent que la situation sera considérablement aggravée si des interventions de gestion drastiques ne sont pas mises en œuvre. Par conséquent, l'accent mis sur la recherche, les politiques et la sensibilisation doit être revu et réorganisé en tenant compte des impacts du changement climatique afin de développer des solutions pragmatiques pour lutter contre cette « super mauvaise herbe ».

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Adaptations de plantes dans différents habitats

1. Adaptations des plantes dans le désert

Le désert est une zone sèche avec peu d'eau, donc les plantes y ont de petites feuilles et de nombreuses épines qui les aident à conserver l'eau. Les feuilles ont une peau épaisse et cireuse qui aide à retenir l'eau pendant longtemps. Il existe des plantes sans feuilles qui stockent de l'eau dans leurs tiges vertes. Les racines se trouvent près des surfaces du sol qui absorbent l'eau avant qu'elle ne s'évapore. La croissance est lente car les plantes n'ont pas à faire beaucoup de nourriture.

Exemple: différents types de cactus, arbre de Josué, etc.

2. Adaptations des plantes dans la forêt tropicale humide

Ces endroits ont un climat chaud mais ont de fortes pluies. Ainsi, les plantes ici ont des gouttes et des surfaces cireuses sur les feuilles pour éliminer l'excès d'eau. Les plantes ont des racines d'appui qui les soutiennent dans les sols peu profonds. Il y a une croissance abondante de plantes et certaines plantes poussent les unes sur les autres pour atteindre la lumière du soleil. Ces plantes recueillent l'eau de pluie à travers un réservoir central et sont recouvertes de poils pour absorber l'eau.

Exemple: Broméliacées, lianes, différents arbres de la forêt tropicale, etc.

3. Adaptations végétales dans les forêts tempérées

Ces forêts connaissent quatre saisons distinctes et ont des hivers rigoureux. Ces forêts sont constituées de couches de plantes allant des très grands arbres aux petites plantes tapissant le sol forestier. Les fleurs sauvages poussent dans les sols forestiers au printemps. La plupart des grands arbres ici ont des écorces épaisses pour les protéger contre les hivers froids. Les arbres ont de larges feuilles qui captent beaucoup de lumière du soleil. Mais ces feuilles peuvent alourdir les arbres en hiver, ainsi à l'automne les arbres à feuilles caduques laissent tomber leurs feuilles pour minimiser la perte d'eau.

Exemple: Lichens, mousses, fougères, etc.

4. Adaptations végétales dans les prairies

Celles-ci sont également appelées prairies et ont des étés chauds et des hivers froids avec des pluies incertaines et de nombreuses sécheresses. Les plantes ici ont des racines profondes pour survivre aux feux de prairie. Certains arbres ont des écorces épaisses pour survivre aux incendies. Les racines s'enfoncent profondément dans le sol pour absorber l'eau. Ils ont des feuilles étroites car elles perdent moins d'eau. Les tiges molles permettent à l'herbe des prairies de se plier au vent.
Exemple: herbe de bison, herbe à aiguilles, sétaire, etc.

5. Adaptations des plantes dans l'eau

Certaines plantes flottantes se trouvent dans les plans d'eau. Ils ont des feuilles flottantes dans lesquelles la chlorophylle est limitée uniquement sur la surface supérieure qui est de couleur verte. En dessous se trouve la couleur rougeâtre des feuilles. Les feuilles et les tiges sous-marines aident les plantes à se déplacer avec le courant. Les racines et les poils absorbants sont absents car il n'est pas nécessaire d'absorber l'eau. Les plantes sous-marines ont des feuilles avec de grandes poches d'air pour absorber l'oxygène de l'eau. Certaines plantes produisent également des graines flottantes.

Exemple: nénuphar, lotus, lentilles d'eau, salvinia géant etc.

Article associé: En savoir plus sur les principaux types de biomes sur Terre.


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INTRODUCTION

Les plantes ont évolué sur Terre pour pousser dans ce que nous, humains, considérons comme des environnements extrêmes, de la toundra aux forêts tropicales et des déserts aux marécages et même aux océans. Il existe des espèces qui tolèrent le froid, la chaleur, la sécheresse et les inondations. Dans tous les cas, l'eau liquide est essentielle à la croissance non seulement en tant que moyen de métabolisme, mais aussi en tant que moyen de transport au sein de la plante. Sans le flux massif d'eau liquide, les minéraux ne peuvent pas être transportés des racines aux pousses et le carbone fixé des pousses aux racines. Certaines plantes survivent au gel et à la déshydratation, mais elles ne poussent pas sans eau liquide. L'eau est abondante sur la planète : il y a 280 kg d'eau au cm -2 de la surface (Goldschmidt, 1954) mais c'est surtout dans les océans et de grandes étendues de terre ont peu d'eau douce. Néanmoins, la majeure partie de la surface terrestre, avec sa variété de types de sols, est bien peuplée de plantes appartenant à l'une des quelque 351 000 espèces (espèces dont les noms sont convenus par les taxonomistes : http://www.theplantlist.org/). La grande majorité de ces plantes, cependant, ne peuvent pas pousser dans l'approvisionnement en eau le plus abondant de la planète, l'eau de mer.

La majeure partie (72 %) de la surface de la Terre est recouverte d'une solution saline dominée par Na + et Cl − . Les eaux océaniques contiennent généralement environ 19 g de Cl − et 11 g Na + kg −1 de solution (environ 560 mm Cl − et 480 mm Na + ) il y a aussi des concentrations substantielles de Mg 2+ (55 mm ), SO 4 2 − (29 mm ), K + (10 mm ) et Ca 2+ (10 mm ) mais, parmi les nutriments minéraux essentiels pour les plantes, de très faibles concentrations de H 2 PO 4 − / HPO 4 2 − et NO 3 − ( Harvey, 1966). Ce sont les concentrations substantielles de Cl − et de Na + dans l'eau de mer qui sont hostiles à la croissance de la plupart des plantes, mais pas de toutes. Les plantes exceptionnelles sont appelées halophytes. Les halophytes vasculaires habitent les bas-fonds côtiers et les estuaires (par exemple les herbiers), les terres dans la zone de marée (par exemple les forêts de mangrove), les marais salés côtiers, les lacs salés intérieurs et les desserts salins.

Parmi les plantes, il existe un continuum de tolérance au Cl − et au Na + dans leur environnement, depuis les très sensibles (ex. et al., 2010b) aux tolérants (par exemple certains Tecticornie espèce English et Colmer, 2013). Bien qu'il y ait eu un débat sur l'endroit où une limite est fixée pour définir les halophytes (voir Flowers et Colmer, 2008), à l'extrémité supérieure de la tolérance pour les plantes terrestres se trouvent les euhalophytes, des plantes qui peuvent tolérer une exposition répétée à l'eau de mer dans la zone racinaire ( Breckle, 2002 Fleurs et Colmer, 2008). De telles plantes sont assez rares : il y a probablement moins de 500 espèces qui peuvent pousser dans des concentrations de sel de l'eau de mer « moyenne » ( Fleurs et al., 2010une). La faible fréquence d'occurrence des halophytes (environ 0,14 % des espèces végétales nommées) est à première vue surprenante puisqu'à l'époque où les plantes colonisaient la terre, l'eau de mer contenait des concentrations importantes de sel (environ 30 g kg −1 et al., 1990). La colonisation de la terre a nécessité une adaptation à la très faible énergie libre de l'eau dans l'atmosphère dans un processus qui s'est probablement produit aux bords des mares d'eau douce il y a quelque 470 millions d'années (voir Fleurs et al., 2010une). Le nombre assez restreint d'espèces halophytes suggère que la tolérance au sel n'est pas un trait fondamental chez les plantes terrestres et que la tolérance au sel est apparue plus tard au cours de leur évolution.

Les plantes halophytiques sont donc la flore des milieux salins. La physiologie des halophytes, axée sur les adaptations permettant à ces plantes fascinantes de vivre dans des environnements difficiles que la grande majorité des espèces ne peuvent habiter, est discutée par les auteurs des articles de ce numéro spécial sur les « Halophytes et les adaptations salines ». L'évolution des halophytes, les mécanismes par lesquels ils gèrent le transport de l'eau et des ions et comment ils font face à une combinaison de facteurs de stress tels que les métaux lourds et les inondations en plus de la salinité, sont tous considérés. Bien que l'accent soit mis sur l'adaptation des plantes, les articles de ce numéro spécial montrent également que d'autres améliorations dans la connaissance des halophytes et de leurs mécanismes pourraient être appliquées pour développer des cultures plus tolérantes au sel - qu'il s'agisse de cultures conventionnelles ou d'espèces halophytes - et d'améliorer la revégétalisation des terres dégradées.


Remerciements

Nous remercions K. Pawlowski (Département de Botanique, Université de Stockholm, Suède) pour nous avoir fourni des graines de D. glomerata, Frankia inoculum, et un Al. glutineux bibliothèque d'ADNc, et pour discussion. Nous remercions M. Bucher (Institute of Plant Sciences, ETH Zürich, Suisse) et J.D.G. Jones (The Sainsbury Laboratory, Royaume-Uni) pour l'accès aux bibliothèques d'ADNc et de cosmides de la tomate, respectivement, et P. Schulze-Lefert (Max Planck Institute for Plant Breeding Research, Cologne, Allemagne) pour la fourniture du plasmide pJawohl8 RNAi. Nous avons obtenu avec reconnaissance Moi. truncatule dmi2 graines mutantes de G. Oldroyd (John Innes Centre, Royaume-Uni) et Moi. tronquer Matériel de semence de type sauvage A17 de T. Wang (John Innes Centre, Royaume-Uni). M. Hayashi (Université de Munich, Allemagne) et S. Goormachtig (Université de Gand, Belgique) ont aimablement fourni DsRED exprimant des souches de M. loti MAFF et Sinorhizobium meliloti 1021, respectivement. Nous remercions J.A. Gossmann pour avoir fait le Tropéole SYMRK construction de complémentation, et G. Strobel pour l'assistance technique.


Voir la vidéo: UV1 S02E04P2 Adaptations végétales (Février 2023).