CHAP 3 : Interactions plantes - pollinisateurs - Stratégies de pollinisation PDF

CHAP 3 : Interactions plantes - pollinisateurs - Stratégies de pollinisation 1) Mutualisme : pollinisation en échange d'une récompense a) Récompense nutritive Dans l’interaction plante - prédateur, où le prédateur vient aider la plante à se protége...

CHAP 3 : Interactions plantes - pollinisateurs - Stratégies de pollinisation 1) Mutualisme : pollinisation en échange d'une récompense a) Récompense nutritive Dans l’interaction plante - prédateur, où le prédateur vient aider la plante à se protéger du pollinisateur, il y un système de récompense pour le prédateur. En effet, les prédateurs sont généralement des insectes volants, et cette action de “voler” est un coût énergétique, c’est pour cela que la plante doit donner une récompense au prédateur. Pour qu’une fleur attire des pollinisateur il faut un stimulus (parfum/couleur/morphologie) associé à une récompense (nectar ou pollen). Récompenses nutritives 1. Nectar : Composé de sucres, protéines et vitamines. En milieu aride, l'eau du nectar sert à s'hydrater. Miel : évolution du nectar due à l'évaporation de l'eau. 2. Pollen : Riche en protéines, il est consommé par les abeilles et certains coléoptères. EXEMPLE 1 : La pollinisation par les chauves-souris implique différents types de signaux et une récompense (nectar). Ces signaux peuvent être combinés (pas de signal unique) : Signal olfactif : DMDS (diméthyl disulfure). Signal visuel : les chauves-souris perçoivent dans le violet et l'UV. Signal acoustique : les chauves souris se déplacent par écholocation et ça à différents effets. Les fleurs en forme de cloche sont optimisées pour renvoyer les échos. L'efficacité du signal dépend de l’angle d’arrivée. Impact des visites : Si une chauve-souris a visité une autre fleur auparavant, une pollinisation de la fleur se produit. Une fleur abîmée après la visite modifie le signal d'écholocation, la rendant moins attractive, ce qui évite une surpollinisation. Environ 90 % des plantes cultivées sont pollinisées par des insectes, et la plupart des variétés de nos climats offrent des récompenses nutritives, comme le nectar, pour attirer ces pollinisateurs. Certaines plantes peuvent avoir plusieurs pollinisateurs, on parle alors de pollinisateurs généralistes. Pour attirer ces insectes, les plantes émettent généralement une combinaison de signaux, visuels et olfactifs, mais tous ces signaux ne sont pas forcément d'égale importance. Les fleurs utilisent des couleurs vives pour capter l’attention des pollinisateurs, CHAP 3 : Interactions plantes - pollinisateurs - Stratégies de pollinisation 1  tandis que les insectes, dotés d’un odorat beaucoup plus développé que le nôtre(100 fois +), sont également attirés par des odeurs spécifiques. De plus, les fleurs n’émettent pas leurs signaux n’importe quand : celles pollinisées par des papillons nocturnes, par exemple, n'émettront des signaux qu'à la tombée de la nuit. Les fleurs pollinisées par les papillons nocturnes n'émettent pas de signaux pendant la journée, contrairement à celles pollinisées par les abeilles, qui le font principalement en journée. Les signaux émis par les plantes forment un système complexe, car elles doivent interagir avec des pollinisateurs issus de différents biotopes et ayant des préférences variées. Cela amène à se demander si certaines plantes favorisent certains pollinisateurs en fonction de ces interactions multiples et de leurs besoins spécifiques. b) Récompense reproductive : l'exemple du figuier Le figuier et la petite guêpe partagent une relation symbiotique unique appelée mutualisme obligatoire, dans laquelle chaque espèce dépend de l'autre pour sa survie et sa reproduction. Le figuier mâle, qui produit des figues dures et non comestibles, sert de lieu de ponte pour la guêpe. Les guêpes femelles pénètrent dans ces figues par une petite ouverture appelée ostiole et déposent leurs œufs dans les fleurs femelles du figuier mâle. Ces fleurs, riches en nutriments, permettent le développement des larves. Pendant ce temps, les guêpes mâles éclosent, fécondent les guêpes femelles, mais ne quittent jamais la figue. Lorsque les guêpes femelles fécondées sortent pour chercher de nouvelles figues au printemps, elles emportent avec elles le pollen des fleurs mâles, désormais matures. Les figuiers femelles, en revanche, ont des fleurs avec des styles plus longs, empêchant la guêpe de pondre ses œufs. Cependant, en essayant de le faire, la guêpe dépose involontairement le pollen qu'elle a collecté, pollinisant ainsi les fleurs du figuier femelle, qui produira des graines. Ce processus assure la reproduction du figuier tandis que la guêpe peut poursuivre son cycle de vie dans les figues mâles. La synchronisation parfaite entre la maturation des fleurs et les comportements de la guêpe empêche l'autopollinisation, garantissant que le figuier ne peut être pollinisé que par cette guêpe spécifique, et que la guêpe, elle, ne peut se reproduire que dans les figues du figuier mâle. Cette alliance permet à la plante d'être efficacement pollinisée tout en offrant à la guêpe un lieu de reproduction sécurisé. L'interaction entre la guêpe et le figuier illustre une symbiose très spécialisée et étroite, appelée mutualisme obligatoire, où chaque partenaire dépend de l'autre pour sa survie et sa reproduction. Cycle de vie de la guêpe et du figuier 1. Figuier mâle (non comestible) : Il contient deux types de fleurs : des fleurs mâles et des fleurs femelles. Les guêpes femelles pondent leurs œufs dans les fleurs femelles du figuier mâle, qui ne sont pas faites pour produire des graines, mais pour nourrir les larves de guêpes. Les guêpes mâles, une fois éclos, restent dans la figue et ne sortent jamais. Elles fécondent les guêpes femelles qui, elles, sortent pour chercher une autre figue. Au moment où les guêpes femelles quittent la figue mâle, elles collectent le pollen des fleurs mâles, désormais matures. 2. Figuier femelle (comestible) : Contrairement aux figuiers mâles, les figuiers femelles ne permettent pas aux guêpes de pondre dans leurs fleurs à cause du style beaucoup plus long des fleurs femelles. Quand la guêpe femelle entre dans une figue femelle pour pondre, elle ne parvient pas à déposer ses œufs à cause de la longueur du style. Mais en s'agitant, elle dépose le pollen qu'elle a collecté en quittant la figue mâle, ce qui conduit à la pollinisation de la figue femelle. Les figues femelles produisent alors des graines (qui seront consommées par les animaux). Déroulement de la pollinisation : CHAP 3 : Interactions plantes - pollinisateurs - Stratégies de pollinisation 2  La guêpe femelle pénètre dans la figue par un petit orifice appelé l'ostiole et essaie de pondre ses œufs dans les fleurs femelles. Cependant, dans les figuiers femelles, l'ovipositeur de la guêpe est trop court pour atteindre l'ovaire des fleurs. Cela déclenche un mécanisme de pollinisation, où le pollen est déposé sur les fleurs femelles, assurant ainsi leur fertilisation. Le système de protogynie (les fleurs femelles mûrissent avant les fleurs mâles) empêche l'autopollinisation, favorisant ainsi l'interdépendance avec les guêpes pour le transport du pollen. Avantages mutuels : Pour la guêpe : Le figuier mâle offre un habitat sûr pour la ponte et le développement des larves dans les fleurs femelles du figuier mâle. Pour le figuier : La guêpe transporte le pollen d'une figue mâle à une figue femelle, assurant la reproduction de la plante. Ainsi, cette relation bénéfique et interdépendante permet à la plante d’être pollinisée, tandis que l’insecte utilise la figue comme lieu de reproduction. 2) Un mode de pollinisation ancestral : les fleurs produisant de la chaleur a) Cas d'un mutualisme : exemple de philodendron solimosense Le Philodendron solimosense est un exemple fascinant de mutualisme dans la pollinisation, impliquant un coléoptère. La plante présente un spadice, qui porte les fleurs, entouré par une enveloppe appelée spathe, divisée en deux parties : une avec des fleurs mâles (étamines) et l'autre avec des fleurs femelles (carpelles). Il y a un décalage de maturité d'un jour entre les fleurs mâles et femelles, où les fleurs femelles deviennent matures en premier. ⇒ jour 1 La plante utilise un mécanisme de thermogénèse, générant de la chaleur en détournant la chaîne respiratoire des mitochondries. Cette chaleur aide à diffuser des composés odorants, attirant ainsi les coléoptères. L'augmentation de température n'a lieu que lorsque les fleurs femelles sont prêtes, ce qui coïncide avec le moment où le coléoptère est attiré pour la pollinisation. Ce dernier trouve sa récompense sous forme de nourriture (fleurs mâles) et d'un site de reproduction au chaud, où il peut rencontrer un partenaire. ⇒ fin du jour 1 ⇒ jour 2 Après cette phase, la plante referme son spathe autour du spadice, arrêtant la production de chaleur. Lorsqu'il est temps pour le coléoptère de quitter la plante, il traverse les fleurs mâles désormais matures, se couvrant de pollen avant de partir vers une autre plante au stade J1, poursuivant ainsi la pollinisation de la fleur femelle. b) Cas d'un mimétisme : exemple de l'arum cheval mort L'arum cheval mort est un exemple fascinant de mimétisme dans la pollinisation, reposant sur un système ingénieux pour attirer les mouches, ses pollinisateurs. La plante possède une cavité qui contient ses fleurs, avec un décalage temporel entre la maturation des fleurs mâles et femelles. Pour attirer les mouches, elle émet plusieurs signaux d'attraction. CHAP 3 : Interactions plantes - pollinisateurs - Stratégies de pollinisation 3  Visuels : la spathe est de couleur chair, tandis que le spadice est légèrement poilu, imitant l'apparence d'une carcasse. Olfactifs : la plante libère un composé malodorant, le DMDS, ainsi qu'une abondance de CO2, rappelant l'odeur de putréfaction. Thermiques : elle produit de la chaleur pour accentuer la diffusion des odeurs. Le jour où les fleurs femelles sont prêtes à être pollinisées (J1), les mouches, attirées par ces signaux qui imitent un cadavre, entrent dans la cavité. Cependant, elles sont piégées par des poils rigides qui empêchent leur sortie. Elles restent prisonnières jusqu'au J2, où les fleurs mâles libèrent du pollen et où les poils se détendent, permettant aux mouches de s'échapper, couvertes de pollen, et de polliniser d'autres fleurs femelles. Ce mécanisme repose sur un mimétisme qui trompe les mouches en leur faisant croire qu'elles ont trouvé une carcasse. Bien que ce système soit efficace, il présente des inconvénients pour la plante : il est énergétiquement coûteux et immobilise le pollinisateur pendant une journée, ce qui peut limiter le nombre d'interactions pollinisatrices possibles. 3.3) Vers une suppression de la récompense : le cas des orchidées a) Le signal devient une récompense Dans cet exemple, le signal devient une véritable récompense pour l'insecte pollinisateur. La plante possède une petite glande appelée osmophore, qui émet des composés parfumés, notamment du méthyl eugénol. Lorsque l'insecte visite la fleur pour la polliniser, il récupère ces composés odorants. Les insectes mâles, en particulier, consomment le méthyl eugénol, le stockent, et l'utilisent ensuite pour produire un signal phéromonal destiné à attirer des partenaires. Ainsi, au lieu d'offrir une récompense classique comme du nectar, la plante fournit un avantage chimique précieux pour l'insecte, réduisant ainsi les coûts énergétiques liés à la production de ressources nutritives. ⇒ minimisation du système de récompense b) Suppression de la récompense Certaines orchidées fonctionnent par mimétisme, imitant d'autres plantes qui produisent du nectar sans offrir de véritable récompense aux pollinisateurs. Par exemple, elles imitent visuellement une plante pour attirer des insectes. Exemple : Mimétisme d'insectes Certaines orchidées imitent les femelles d'insectes, notamment par leur couleur et leur odeur. Elles trompent ainsi les mâles, qui les confondent avec des femelles et tentent de s'accoupler avec la fleur, un comportement appelé pseudocopulation. En cherchant à s'accoupler, le mâle se charge en pollen, permettant à la fleur d'être pollinisée. CHAP 3 : Interactions plantes - pollinisateurs - Stratégies de pollinisation 4  L'odeur émise par ces orchidées est très similaire à celle des femelles d'insectes, produite par les osmophores de la fleur. Est ce que le male la perçoit comme une femelle ? Expérience : Détection Électro-Antennographique (EAD) → sur les petits insectes Pour étudier comment les insectes perçoivent les odeurs des orchidées, une expérience de détection électro- antennographique a été menée. Cette méthode, complexe à réaliser sur de petits insectes, permet de mesurer la réponse des antennes des insectes à des composés odorants. 1. Principe de l'expérience : Un chromatographe en phase gazeuse (GC) est utilisé pour séparer les différents composés volatils. Un spliteur dirige une partie des composés vers un capteur GC pour analyse chimique, et l'autre partie vers un insecte équipé d'électrodes sur ses antennes. Lorsqu'un composé odorant atteint les neurones récepteurs de l'insecte, il déclenche une dépolarisation, détectée par l'électrode sous forme de pic électrique. 2. Résultats de l'expérience : Le premier composé détecté a provoqué une dépolarisation, indiquant qu'il est bien perçu par l'insecte. Certains autres composés, bien que très abondants, n'ont pas déclenché de réponse chez l'insecte. 3. Conclusion : Lorsque l'odeur d'une femelle abeille est analysée via EAD, plusieurs pics de dépolarisation sont observés. En comparant avec l'odeur d'une orchidée, on retrouve des réponses similaires. L'orchidée imite donc l'odeur de la femelle abeille, et cette imitation est perçue de la même manière par l'insecte mâle. 4. Phéromone répulsive après pollinisation : Après la pollinisation, tout comme les femelles d'abeilles émettent des phéromones répulsives pour éloigner les mâles après la fécondation, les orchidées émettent également ce signal. Cela empêche les mâles d'endommager la fleur en développement. Certaines orchidées ont développé des stratégies étonnantes pour attirer leurs pollinisateurs. Elles produisent des composés qui imitent les phéromones des femelles d’insectes. Ainsi, les mâles, trompés par l’apparence et l’odeur de la fleur, tentent de s’accoupler avec elle. Pendant cette tentative, ils se couvrent de pollen, qu'ils transportent ensuite vers une autre fleur, assurant ainsi la pollinisation. Cela permet aux orchidées de se reproduire sans offrir de récompense aux insectes. BILAN Le bilan de la relation entre les plantes et leurs pollinisateurs montre un continuum, notamment en ce qui concerne la récompense produite pour attirer les insectes. D'un côté, on observe des cas de pollinisation sans récompense, comme chez certaines orchidées. De l'autre côté, on trouve des systèmes où la pollinisation est CHAP 3 : Interactions plantes - pollinisateurs - Stratégies de pollinisation 5  accompagnée d'une récompense pour l'insecte, généralement sous forme de nectar, ce qui crée un équilibre entre la plante et l'insecte. Ce dernier reçoit une récompense en échange de son service de transport de pollen, ce qui favorise la fécondation. Cependant, certains animaux, comme les coléoptères ou les bourdons, ont développé des stratégies pour voler le nectar. Ils perforent les sépales ou la corolle sans toucher les étamines, ce qui leur permet de se nourrir sans effectuer la pollinisation. Il existe ainsi une grande diversité de systèmes de pollinisation. D'un point de vue évolutif, il semble que les plantes aient développé de multiples mécanismes pour maximiser leurs chances de pollinisation, créant des équilibres variés avec leurs pollinisateurs. CHAP 3 : Interactions plantes - pollinisateurs - Stratégies de pollinisation 6