Défense des plantes contre les herbivores
La défense contre le broutage décrit les défenses des plantes pour éviter d'être mangées. Il existe de nombreuses adaptations qui améliorent la survie et la reproduction des plantes en réduisant l'impact des herbivores.
De nombreuses plantes produisent des substances chimiques qui modifient le comportement, la croissance ou la survie des herbivores. Ces défenses chimiques peuvent agir comme des répulsifs ou des toxines pour les herbivores, ou réduire la digestibilité des plantes. Certaines plantes, appelées hyperaccumulateurs, sont spécialisées dans le stockage des métaux lourds qui sont toxiques pour les animaux.
Certaines plantes favorisent la présence d'ennemis naturels des herbivores, qui à leur tour protègent la plante. Certaines plantes offrent un abri aux fourmis qui défendent fortement la plante.
D'autres stratégies défensives utilisées par les plantes consistent à s'échapper ou à éviter les herbivores dans le temps ou sur place. Elles peuvent se développer là où les plantes ne sont pas faciles à trouver ou à atteindre par les herbivores. Elles peuvent se développer lorsque les herbivores ne sont pas dans les environs. Les herbivores peuvent être détournés vers des parties non essentielles, ou une plante peut être capable de se remettre des dommages causés par l'herbivorie.
Chaque type de défense peut être soit constitutif (toujours présent dans la plante), soit induit (produit en réaction aux dommages ou au stress causés par les herbivores). Les plantes peuvent réagir et réagissent effectivement aux dommages.
Historiquement, les insectes ont été les herbivores les plus importants, en particulier les larves d'insectes. L'évolution des plantes terrestres est étroitement associée à celle des insectes. Alors que la plupart des défenses des plantes sont dirigées contre les insectes, d'autres défenses ont été développées qui visent les herbivores vertébrés, tels que les oiseaux et les mammifères.
L'étude des défenses des plantes contre l'herbivorie est importante, non seulement d'un point de vue évolutif, mais aussi parce que ces défenses peuvent être utilisées dans l'agriculture, y compris pour les sources d'alimentation humaine et animale.
Le sumac vénéneux produit de l'urushiol pour protéger la plante des herbivores. Chez l'homme, ce produit chimique produit une éruption cutanée allergique.
Les digitales produisent plusieurs produits chimiques mortels, notamment des glycosides cardiaques et stéroïdiens. Leur consommation peut provoquer des nausées, des vomissements, des hallucinations, des convulsions ou la mort.
Défenses chimiques spécifiques
Les produits chimiques des plantes ont évolué pour affecter les insectes. Certaines de ces voies biochimiques existent chez les vertébrés, y compris chez l'homme. De nombreux produits pharmaceutiques sont obtenus à partir des produits chimiques utilisés par les plantes pour se protéger des herbivores. L'opium, l'aspirine, la cocaïne et l'atropine en sont des exemples.
Les alcaloïdes de pyrrolizidine sont produits par les plantes comme mécanisme de défense contre les insectes herbivores. Plus de 660 AP et N-oxydes d'AP ont été identifiés dans plus de 6 000 plantes. Environ la moitié d'entre eux présentent une hépatotoxicité, c'est-à-dire qu'ils attaquent la fonction hépatique.
Évolution des traits de défense
Les premières plantes terrestres ont évolué à partir de plantes aquatiques il y a environ 450 millions d'années (mya) à l'époque ordovicienne. Ces premières plantes terrestres n'avaient pas de tissus vasculaires et avaient besoin d'eau libre pour se reproduire. Les plantes vasculaires sont apparues plus tard et leur diversification a commencé au Dévonien (environ 400 mya). Elles avaient des adaptations telles que des revêtements protecteurs pour réduire l'évaporation de leurs tissus.
La reproduction et la dispersion des plantes vasculaires dans ces conditions de sécheresse ont été réalisées grâce à l'évolution des structures de graines spécialisées. La diversification des plantes à fleurs (angiospermes) au cours de la période crétacée est associée à l'éclatement soudain de la spéciation chez les insectes. Cette diversification des insectes a représenté une force sélective majeure dans l'évolution des plantes, et a conduit à la sélection de plantes qui avaient des adaptations défensives. Les premiers insectes herbivores mordent ou mâchent la végétation ; mais l'évolution des plantes vasculaires conduit à la co-évolution d'autres formes d'herbivorie, telles que le suc de sève, l'extraction des feuilles, la formation de galle et le nourrissage du nectar.
Registres des herbivores
Notre compréhension de l'herbivorie dans le temps géologique provient de trois sources :
- les plantes fossilisées qui peuvent conserver des traces de défense (comme les épines), ou des dommages liés aux herbivores ;
- l'observation des débris végétaux dans le coprolithe fossilisé (fèces animales)
- la construction de pièces buccales d'herbivores.
Longtemps considéré comme un phénomène mésozoïque, les preuves d'herbivorie sont trouvées presque aussitôt que les fossiles qui pourraient le montrer. Moins de 20 millions d'années après les premiers fossiles de sporanges et de tiges vers la fin du Silurien, soit environ 420 millions d'années, il y a des preuves qu'ils ont été mangés. Les animaux se nourrissaient des spores des plantes du début du Dévonien, et le chert de Rhynie fournit également la preuve que des organismes se nourrissaient de plantes en utilisant une technique de "perçage et succion". De nombreuses plantes de cette époque sont conservées avec des pousses ressemblant à des épines, qui ont peut-être eu un rôle défensif.
Au cours des 75 millions d'années qui ont suivi, les plantes ont développé toute une série d'organes plus complexes - des racines aux graines. Il s'est écoulé 50 à 100 millions d'années entre le moment où chaque organe a évolué et celui où il s'est nourri. L'alimentation par les trous et la squelettisation sont enregistrées au début du Permien, l'alimentation par les fluides de surface évoluant vers la fin de cette période.
Co-évolution
Les herbivores dépendent des plantes pour leur alimentation et ont développé des mécanismes pour obtenir cette nourriture malgré l'évolution de nombreuses défenses végétales. Les adaptations des herbivores aux défenses des plantes ont été assimilées à des traits offensifs. Ce sont des adaptations qui permettent d'augmenter l'alimentation et l'utilisation d'une plante hôte. Les relations entre les herbivores et leurs plantes hôtes se traduisent souvent par un changement évolutif réciproque, appelé co-évolution.
Lorsqu'un herbivore mange, il mange des plantes qui ne montent pas une réponse défensive suffisante. Cela crée une opportunité pour les plantes qui peuvent se défendre. Les plantes qui ont des défenses deviennent donc plus courantes. Dans les cas où cette relation démontre une spécificité (l'évolution de chaque trait est due à l'autre), et une réciprocité (les deux traits évoluent), on pense que les espèces ont co-évolué.
Le mécanisme de "fuite et de radiation" pour la co-évolution est l'idée que les adaptations chez les herbivores et leurs plantes hôtes ont été la force motrice de la spéciation. Les adaptations ont joué un rôle dans la radiation des espèces d'insectes à l'époque des angiospermes. Certains herbivores ont développé des moyens de détourner les défenses des plantes à leur propre profit, en séquestrant (conservant) ces produits chimiques et en les utilisant pour se protéger des prédateurs.
Chronologie de l'évolution des plantes et des débuts des différents modes d'herbivorie des insectes
Feuille de Viburnum lesquereuxii endommagée par des insectes ; grès du Dakota (Crétacé) du comté d'Ellsworth, Kansas. L'échelle est de 10 mm.
Une chenille tigrée Danaus chrysippus faisant un fossé pour bloquer les produits chimiques défensifs de Calotropis avant de se nourrir
Les plantes ont aussi besoin des animaux
La plupart des plantes qui défendent si vigoureusement leurs feuilles ont néanmoins besoin d'animaux. Jusqu'à 98 % des plantes à fleurs des forêts tropicales de plaine dépendent des animaux pour la pollinisation et la dispersion des graines.
Questions et réponses
Q : Qu'est-ce que la défense contre l'herbivorie ?
R : La défense contre l'herbivorie est un ensemble d'adaptations utilisées par les plantes pour réduire l'effet d'être mangé par les herbivores.
Q : Comment les plantes se défendent-elles contre les herbivores ?
R : Les plantes peuvent utiliser diverses stratégies pour se défendre des herbivores, comme la production de produits chimiques qui agissent comme des répulsifs ou des toxines, le stockage de métaux lourds qui sont toxiques pour les animaux, l'encouragement de la présence d'ennemis naturels des herbivores, la fourniture d'habitats pour les fourmis qui défendent fortement la plante, et la fuite ou l'évitement des herbivores dans le temps ou l'espace.
Q : Ces défenses sont-elles toujours présentes dans la plante ?
R : Non, ces défenses peuvent être soit constitutives (toujours présentes dans la plante), soit induites (produites en réaction aux dommages ou au stress causés par les herbivores).
Q : Quel type d'animal est généralement associé aux défenses des plantes ?
R : Historiquement, les insectes ont été les plus importants en ce qui concerne les défenses des plantes. L'évolution des plantes terrestres est étroitement associée à l'évolution des insectes.
Q : Existe-t-il des défenses visant les herbivores vertébrés ?
R : Oui, certaines stratégies défensives ont évolué et visent les herbivores vertébrés tels que les oiseaux et les mammifères.
Q : Pourquoi l'étude des défenses des plantes est-elle importante ?
R : L'étude des défenses des plantes contre l'herbivorie est importante non seulement du point de vue de l'évolution mais aussi parce que ces défenses peuvent être utilisées en agriculture pour l'alimentation des hommes et du bétail.
