Évoluer vers l’étrangeté | Blog du Journal de l’écologie
Richard P. Shefferson, Université de Tokyo, a commenté son article : «Les coûts du cycle de vie déterminent l’évolution des mycohétérotrophes : augmentation de la germination et de la floraison dans un environnement fortement mycohétérotrophe. Pyrola espèces‘
Arrière-plan
Quand nous pensons aux plantes, nous pensons aux arbres, aux herbes, aux fleurs et aux fougères. La caractéristique la plus évidente et la plus importante des plantes est qu’elles sont vertes, ce qui fait allusion à leur rôle particulièrement important dans la production du dioxygène dont nous vivons tout en fixant le carbone pour leur propre usage. Et pourtant, le règne végétal comprend également de nombreux exemples d’espèces qui ne font pas de photosynthèse, ou du moins ne dépendent pas exclusivement de la photosynthèse pour leur fournir de l’énergie chimique. En effet, il est difficile d’ignorer que certaines se sont diversifiées en grands clades d’espèces non photosynthétiques, comme dans le cas des monotropes (Figure 1).
De nombreuses espèces végétales ne sont pas photosynthétiques. Ces plantes se présentent sous diverses formes, mais à notre connaissance, toutes ont évolué, passant de la photosynthèse pour leurs besoins en carbone à la dépendance à leurs champignons mycorhiziens. L’obtention de carbone à partir de champignons mycorhiziens en plus des nutriments minéraux typiques fournis par les mycorhizes est un phénomène connu sous le nom de mycohétérotrophie. En train de devenir mycohétérotrophes, ces plantes sont généralement devenues des parasites puisque les champignons mycorhiziens sont hétérotrophes, donc toute perte de carbone que subissent ces champignons devrait être néfaste à leur survie ou à leur reproduction.
Notre système d’étude
Mais comment ces plantes sont-elles devenues non photosynthétiques ? Pour le savoir, mes co-auteurs et moi-même avons entrepris une étude démographique à long terme de deux espèces sœurs du genre Pyrola, P. japonica et P. subaphylla. Bien que ce genre soit vert, il est étrange que ses espèces présentent souvent de fortes preuves de mycohétérotrophie partielle. Les deux espèces produisent des feuilles vertes, de sorte que le carbone qu’elles absorbent est un mélange de carbone fixé par la photosynthèse et de carbone provenant de leurs champignons mycorhiziens, ce dernier étant finalement dérivé de certains arbres ectomycorhiziens proches. Cependant, P. subaphyllaLes rapports isotopiques du carbone et de l’azote suggèrent qu’il est presque exclusivement mycohétérotrophe, tandis que P. japonicaLes rapports isotopiques de suggèrent que c’est moins le cas. Il s’agit de plantes herbacées vivaces de petite taille qui poussent sur le sol des forêts japonaises de moyenne altitude (figures 2 et 3). Les deux produisent de petites feuilles, mais P. subaphylla produit beaucoup moins de feuilles, toutes beaucoup plus petites que celles de P. japonica.
Nos découvertes
Nous avons suivi la démographie des populations voisines de ces deux espèces chaque année de 2015 à 2020, près du volcan emblématique du mont Bandai, dans l’ouest de la préfecture de Fukushima, au Japon (Figure 4). Ce type de travail de terrain est l’un des plaisirs du travail sur la démographie des plantes herbacées, et les étudiants ont apprécié y participer chaque année. Nous avons constaté que, par rapport à son cousin moins mycohétérotrophe, P. subaphylla présentaient des coûts élevés au cours du cycle de vie, notamment un coût élevé de la croissance jusqu’à la survie et des coûts de reproduction jusqu’à la germination, la taille et la reproduction future. Et pourtant, même avec ces coûts, il avait quatre fois plus de chances de fleurir et beaucoup plus de chances de germer, mais à des tailles plus petites. Nos données suggèrent également que les semis souterrains ont survécu et mûri à un rythme environ deux fois plus rapide que celui des semis souterrains. P. japonica. Il est intéressant de noter que l’augmentation de la floraison a entraîné une amélioration de la condition physique, même si P. subaphylla était plus susceptible de mourir après la floraison, tandis que les changements dans les transitions après la germination entraînaient une diminution de la condition physique. Dans l’ensemble, cet article montre ce que nous pensons être la première preuve des coûts de croissance et de reproduction à l’origine de l’évolution de l’augmentation de la mycohétérotrophie.
Interprétation
Pourquoi ces modèles se produisent-ils ? Les preuves suggèrent que P. subaphylla est meilleur pour exploiter ses champignons mycorhiziens pour le carbone que P. japonica. Conformément à la grand écart Selon cette hypothèse, la mycohétérotrophie partielle semble coûteuse mais représente probablement un moyen important de compléter et de stabiliser la démographie de l’individu. Cela suggère en outre que ce clade pourrait être en route vers une mycohétérotrophie complète, accompagnée d’une perte de feuilles vertes. Alors, prenez une boisson fermentée et savourez le produit d’une symbiose humain-fongique en attendant quelques millénaires pour savoir si cela se produit. Ce nouvel article vise également à fournir un exemple pratique illustrant le R. emballer lefko3 comme un outil puissant pour résoudre des questions d’écologie et d’évolution. L’analyse comprenait la construction de modèles matriciels historiques basés sur les fonctions, qui sont essentiellement comme modèles de projection intégrale complexes discrétisés (IPM), sauf avec des états à trois moments consécutifs représentés par chaque matrice et des états stochastiques Analyse de l’expérience de réponse à la table de survie (SLTRE). L’ensemble complet de données démographiques utilisé dans le document est désormais inclus dans le cadre de lefko3et le nouveau document comprend un supplément Carnet R fichier qui reproduit l’intégralité de l’analyse. Nous invitons les lecteurs intéressés à apprendre à programmer avec ce package à explorer ce supplément.