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Reconstitution de l’évolution de l’architecture des mousses, reliques des premières plantes terrestres

par Frédéric Magné - publié le , mis à jour le

 

Une collaboration internationale impliquant l’Institut Français de Pondichéry et l’Institut de Systématique, évolution et biodiversité, a permis de retracer les étapes de l’évolution de l’architecture d’un des plus grands et anciens groupes de plantes terrestres : les mousses. A l’aide des spécimens conservés dans les herbiers des Museum Nationaux d’Histoire Naturelle, les chercheurs montrent comment, à partir de formes simples et peu ramifiées, les mousses se sont progressivement complexifiées et diversifiées pour ressembler à des plumes ou des arbres miniatures. Ces travaux ont été publiés le 4 mai 2017 dans la revue New Phytologist.

 
Il semble aujourd’hui naturel que les plantes qui nous entourent possèdent feuilles et branches, et que les arbres atteignent plusieurs dizaines de mètres de haut et exhibent des formes élaborées, mais tel n’a pas toujours été le cas. Les premiers végétaux apparus sur la terre ferme, il y a presque 500 millions d’années, ne mesuraient pas plus de quelques centimètres, et étaient constitués de tiges nues et probablement non ramifiées. Depuis leur origine, les plantes fixent le carbone atmosphérique et la diversification de leur architecture a joué un rôle primordial dans la structuration des écosystèmes terrestres et la régulation du climat. Comprendre comment la forme des plantes a évolué au cours des temps passés est donc fondamental.

Les fossiles nous informent sur l’apparence des espèces disparues et permettent de comprendre comment les formes anciennes se sont progressivement transformées pour produire celles des organismes actuels. Par exemple, les fossiles des plantes vasculaires (fougères, conifères et plantes à fleurs) ont permis de décoder en partie la séquence d’évènements ayant conduit à l’apparition des branches dans ce groupe. Malheureusement, d’autres plantes sont moins bien conservées à l’état fossile. C’est le cas des mousses, un groupe de plantes non vasculaires, relique des premières plantes terrestres. Aujourd’hui, les mousses forment le deuxième plus grand groupe de plantes après les plantes à fleurs (respectivement 13.000 et 365.000 espèces) et leur architecture est très diversifiée, mais les étapes de leur transformation demeurent inconnues.

Pour résoudre ce mystère, les chercheurs ont utilisé les collections des herbiers nationaux. En comparant près de 200 espèces, ils ont observé que la forme des mousses résulte de différents traits, comme le nombre de types de branches, la disposition relative des branches entre elles ou encore la position des structures reproductives. En combinant ces traits, une "forme de référence" a pu être identifiée pour chaque espèce. Pour comprendre comment ces formes ont changé au cours du temps, les chercheurs ont replacé leurs données sur un arbre phylogénétique, une sorte d’arbre généalogique qui retrace les relations évolutives entre espèces. Les résultats révèlent deux grandes phases pendant lesquelles la forme des mousses a changé. Dans la première phase, l’ancêtre commun à toutes les mousses était peu ramifié et s’est modifié par petits changements. Par exemple, un des changements a affecté la position des structures reproductives, qui est passée de la pointe des tiges à leur base. Alors que la forme semblait très contrainte dans cette première phase, elle a été plus variable et complexe dans la deuxième phase. En particulier, le nombre de types de branches a augmenté et leur position s’est diversifiée. On trouve ainsi des espèces très ramifiées, ressemblant à des arbres miniatures ou à des plumes. Ces variations semblent associées à des modifications de l’environnement. La deuxième phase aurait eu lieu lors de l’apparition de grandes forêts sur la planète, ce qui aurait ouvert de nouvelles niches écologiques favorables à la diversification architecturale des mousses.

Yoan Coudert souhaite maintenant utiliser ces résultats comme cadre de travail pour identifier les mécanismes moléculaires intrinsèques aux plantes qui ont été modifiés au cours de l’évolution pour permettre l’apparition de nouvelles formes ramifiées.
 

Figure : (a) Funaria hygrometrica. Espèce peu ramifiée appartenant à la première phase de diversification. (b) Hymenodontopsis bifaria. Espèce avec une ramification vers la pointe de la tige principale, marquant la transition entre la première et la deuxième phase de diversification architecturale. (c) Hypopterygium arbuscula. Espèce très ramifiée, ressemblant à un arbre miniature, appartenant à la deuxième phase de diversification. Darwin avait aussi un intérêt pour les mousses, il a récolté ce spécimen en 1834. © Yoan Coudert

 
 
 class= Référence

"Multiple innovations underpinned branching form diversification in mosses", Coudert Y, Bell NE, Edelin C & Harrison CJ, New Phytologist, 2017 May 4.
 
Contact chercheur

Yoan Coudert
Développement et Evolution de l’Architecture des Plantes
Institut de Systématique, Evolution et Biodiversité
CNRS UMR7205 – Muséum National d’Histoire Naturelle
Université P. et M. Curie- Ecole Pratique des Hautes Etudes
57 Rue Cuvier - CP39
75005 Paris
Tél. : 01 40 79 81 55
E-mail : yoan.coudert@mnhn.fr
 
 
Source : CNRS INSB http://www.cnrs.fr/insb