Pollinisation

Les modes de pollinisation

Dans les plantes à fleurs, le pollen doit aller d'une fleur à l'autre. Cela peut se produire de deux manières principales : par des choses non vivantes comme le vent ou l'eau, ou par des choses vivantes comme les insectes ou les oiseaux.

• Le maïs et le vent

Le maïs (appelé maïs dans certaines régions du monde) est pollinisé par le vent. Les anthères mâles lâchent leur pollen et celui-ci se dirige vers une fleur femelle voisine sur un autre plant de maïs. La plupart des fleurs sont soit mâles soit femelles sur un plant de maïs (monoïque), plutôt que les deux sexes sur une seule fleur (hermaphrodite).

Les fleurs de maïs ont évolué (changé au fil du temps) pour utiliser le vent pour la pollinisation. Elles n'ont pas besoin de jolis pétales. Le pollen est léger, donc il peut souffler, et les extrémités des parties femelles (stigmates) sont pelucheuses pour attraper tous les minuscules grains de pollen.

• Tomates et abeilles

Dans le cas des plants de tomates, les abeilles déplacent le pollen des parties mâles d'une fleur (anthères) vers les parties femelles d'une autre fleur (stigmates). L'abeille se déplace entre les fleurs en recueillant le nectar que les fleurs produisent. Les abeilles ramènent le nectar et une partie du pollen à leur ruche, et les plants de tomates peuvent se reproduire (faire de nouveaux plants de tomates).

Comme les fleurs de tomate ont évolué pour attirer les abeilles, elles ont des pétales étalés et sont blanches aux yeux des humains (les abeilles, comme la plupart des insectes, peuvent voir dans la gamme des ultraviolets ainsi que dans notre gamme visuelle de longueurs d'onde). Le pollen est souvent collé en touffes appelées pollinies, qui à leur tour sont collées à l'abeille. Les abeilles sont extrêmement poilues et portent de minuscules charges électriques qui attirent le pollen sur leur corps. Les abeilles ont des paniers à pollen spéciaux, généralement situés sur leurs pattes arrière ; elles tondent le pollen de leur corps dans ces poches.

Une grande partie du pollen est ramenée au nid ou à la ruche, où elle est utilisée comme source de protéines, dont les larves ont le plus besoin. Une partie du pollen déteint sur la fleur suivante, où le stigmate de la femelle est collant. Un tube pollinique se développe vers le bas pour permettre au gamète mâle de féconder un œuf et de fabriquer une graine.

90% des plantes à fleurs sont pollinisées par des animaux, et seulement 10% utilisent une pollinisation abiotique (non vivante). Parmi ces pollinisations abiotiques, 98 % sont effectuées par le vent et seulement 2 % par l'eau.

Ce qui se passe après la pollinisation

Ce qui se passe après la pollinisation est une fertilisation. Chez les plantes, il s'agit d'une double fécondation dans laquelle deux spermatozoïdes fertilisent les cellules de l'ovaire de la plante. L'un d'eux est une fécondation normale, qui produit l'embryon. L'autre est un type de fécondation unique qui produit l'endosperme de la graine.

Le processus commence lorsqu'un grain de pollen se colle au stigmate du pistil (structure reproductive femelle). Puis il germe et un long tube pollinique se développe. Pendant que ce tube pollinique se développe, une cellule haploïde descend dans le tube derrière le noyau du tube. Cette cellule se divise par mitose en deux spermatozoïdes haploïdes.

Au fur et à mesure que le tube pollinique se développe, il se fraye un chemin à partir du stigmate, vers le bas du style et dans l'ovaire. Là, le tube pollinique atteint l'ovule et libère son contenu (qui comprend les spermatozoïdes). Un des spermatozoïdes se fraye un chemin jusqu'à l'ovule pour le féconder, produisant un zygote diploïde (2n). Le second spermatozoïde fusionne avec deux noyaux cellulaires, produisant une cellule triploïde (3n).

Lorsque le zygote se développe en embryon, la cellule triploïde se développe en endosperme, qui sert de réserve alimentaire à l'embryon. L'ovaire va maintenant se développer en un fruit et l'ovule en une graine.

 

Cycle de vie de l'angiosperme


Bourdon étouffé par le pollen d'une fleur d'hibiscus. photo de Luc Viatour

Gymnosperms

Il est prouvé que certains gymnospermes ont été pollinisés par les insectes au Trias, mais la pollinisation par les animaux n'est pas la principale méthode dans ce groupe. La plupart sont pollinisés par le vent. Certains gymnospermes et leurs insectes pollinisateurs sont co-évolués pour la pollinisation. Les exemples les plus connus sont les membres de l'ordre des Cycadales et les espèces de coléoptères qui leur sont associées.

Familles de plantes à fleurs

La pollinisation animale très répandue et spécialisée est venue avec les Angiospermes (plantes à fleurs). Différentes familles de plantes à fleurs se spécialisent généralement dans une méthode de pollinisation particulière. Parfois, quelques genres passent d'une méthode à l'autre. ^p53

• Ranunculaceae : pollinisée par les insectes. Un seul genre est pollinisé par le vent.
• Compositae (Asteraceae) : cette famille, la plus grande, est presque entièrement pollinisée par les insectes. Deux groupes de genres sont passés à la pollinisation par le vent.
• Cyperaceae : presque entièrement pollinisée par le vent. Un genre est pollinisé par les insectes.
• Moraceae : cette famille de mûriers est le meilleur exemple d'un passage généralisé de la pollinisation par le vent à celle par les insectes. Toutes ses familles apparentées (Ulmaceae, Cannabaceae, Urticaceae) sont pollinisées par le vent.
• Graminées (Poaceae) : les herbes ont des adaptations extrêmes pour la pollinisation par le vent. Seuls deux genres ont changé pour la pollinisation par les insectes.

Syndrome de pollinisation

Le syndrome de pollinisation est l'ensemble des traits adaptatifs qui aident les fleurs à être pollinisées.

Pollinisation par le vent

Les fleurs pollinisées par le vent sont généralement petites et peu visibles (pas voyantes). Elles n'ont pas de parfum et ne produisent pas de nectar. Les anthères peuvent produire un grand nombre de grains de pollen, tandis que les étamines sont généralement longues et dépassent de la fleur. Leurs stigmates peuvent être grands et plumeux pour attraper les grains de pollen. Les insectes peuvent les visiter pour recueillir le pollen ; il existe quelques exemples de fleurs qui sont à la fois pollinisées par le vent et par les insectes.

Pollinisation animale

Pollinisation par les coléoptères

Les fleurs pollinisées par les coléoptères sont généralement grandes, de couleur verdâtre ou blanc cassé et très parfumées. Les parfums peuvent être épicés, fruités ou similaires à ceux de la matière organique en décomposition. La plupart des fleurs pollinisées par les coléoptères sont aplaties ou en forme de plat, et le pollen est facile à atteindre. Elles peuvent être munies de pièges pour garder le coléoptère plus longtemps. Les ovaires de la plante sont généralement bien protégés contre les piqûres des coléoptères. Les coléoptères sont d'importants pollinisateurs dans certaines régions du monde, comme les zones sèches du sud de l'Afrique et de la Californie du Sud, et les prairies montagnardes du KwaZulu-Natal en Afrique du Sud.

Pollinisation par les mouches

Certaines mouches se nourrissent de nectar et de pollen à l'âge adulte (en particulier les mouches des abeilles et les syrphes). Les fleurs qu'elles visitent ont souvent un fort parfum, et ont tendance à être violettes, violettes, bleues et blanches.

D'autre part, les mouches à fruits mâles sont attirées par certaines orchidées sauvages qui ne produisent pas de nectar. Elles produisent plutôt un précurseur de la phéromone sexuelle de la mouche. Les mouches qui visitent normalement les animaux morts ou les excréments sont attirées par les fleurs qui imitent ces objets odorants. Elles n'obtiennent aucune récompense et partiraient rapidement, mais la plante peut avoir des pièges pour les ralentir. Ces plantes ont une odeur forte et désagréable, et sont de couleur marron ou orange.

Leur nombre et la présence de certaines mouches tout au long de l'année en font des pollinisateurs importants pour de nombreuses plantes. Les mouches ont tendance à être d'importants pollinisateurs en haute altitude et dans les zones de haute latitude où elles sont nombreuses, et où d'autres groupes d'insectes peuvent faire défaut.

La pollinisation par les abeilles

Les fleurs pollinisées par les abeilles ont tendance à être jaunes ou bleues, souvent avec des guides de nectar ultraviolets et une odeur. Le nectar et/ou le pollen sont offerts en récompense en quantités variables. Le sucre contenu dans le nectar tend à être principalement du saccharose. Il existe différents types d'abeilles qui se distinguent par leur taille, la longueur de leur langue et leur comportement (certaines sont solitaires, d'autres coloniales). Certaines plantes ne peuvent être pollinisées par les abeilles que parce que leurs anthères libèrent le pollen par voie interne, et qu'il faut le secouer par bourdonnement ("sonication"). Les bourdons sont les seuls animaux qui le font.

La pollinisation par les abeilles à partir de ruches mobiles est d'une grande valeur économique pour les vergers de pommes ou d'amandiers, par exemple.

Pollinisation des guêpes

Les guêpes sont également responsables de la pollinisation de plusieurs espèces de plantes, étant d'importants vecteurs de pollen et, dans certains cas, des pollinisateurs encore plus efficaces que les abeilles.

Pollinisation des lépidoptères

Les fleurs pollinisées par les papillons ont tendance à être grandes et voyantes, de couleur rose ou lavande, ont souvent une zone d'atterrissage et sont généralement parfumées. Comme les papillons ne digèrent pas le pollen (à une exception près), ils offrent plus de nectar que de pollen. Les fleurs sont dotées de simples guides à nectar, les nectars étant généralement cachés dans des tubes étroits ou des éperons, atteints par la longue langue des papillons.

Parmi les plus importants pollinisateurs des mites, on trouve les papillons de nuit (Sphingidae). Leur comportement est similaire à celui des colibris : ils planent devant les fleurs avec des battements d'ailes rapides. La plupart d'entre eux sont nocturnes ou se nourrissent au crépuscule. Les fleurs pollinisées par les papillons de nuit sont donc généralement blanches, s'ouvrant la nuit, grandes et voyantes, avec des corolles tubulaires et un parfum fort et sucré produit le soir, la nuit ou tôt le matin. Une grande quantité de nectar est produite pour alimenter les taux métaboliques élevés nécessaires à leur vol.

D'autres papillons de nuit volent lentement et se posent sur la fleur. Ils n'ont pas besoin d'autant de nectar que les papillons de nuit à vol rapide, et les fleurs ont tendance à être petites (bien qu'elles puissent être regroupées en têtes).

Pollinisation des oiseaux

Les colibris sont les oiseaux nectaristes les plus connus des Nord-Américains, il existe des espèces analogues dans d'autres parties du monde. Les fleurs attrayantes pour les colibris, qui planent devant la fleur, sont généralement de gros tubes rouges ou orange avec beaucoup de nectar dilué produit pendant la journée. Comme les oiseaux ne réagissent pas fortement aux odeurs, elles ont tendance à être inodores. Les oiseaux perchés ont besoin d'une plate-forme d'atterrissage importante, c'est pourquoi les solitaires, les mangeurs de miel et autres sont moins associés aux fleurs tubulaires.

Pollinisation des chauves-souris

Les fleurs pollinisées par les chauves-souris ont tendance à être grandes et voyantes, blanches ou de couleur claire, ouvertes la nuit et dégageant de fortes odeurs. Elles sont souvent grandes et en forme de cloche. Les chauves-souris boivent le nectar, et ces plantes offrent généralement du nectar pendant de longues périodes. La vue, l'odorat et l'écho-localisation sont utilisés pour trouver les fleurs dans un premier temps, et une excellente mémoire spatiale est utilisée pour les visiter à plusieurs reprises. En fait, les chauves-souris peuvent identifier les fleurs productrices de nectar grâce à l'écholocation. Les plantes pollinisées par les chauves-souris ont un pollen plus important que leurs parents.

Guides sur le miel

Les guides à miel, à nectar ou à fleurs sont des marquages sur les fleurs qui indiquent aux insectes où aller pour trouver du nectar (de nombreux insectes peuvent voir dans la gamme des ultraviolets). La plupart de ces guides sont invisibles pour les humains, sauf s'ils sont vus dans la lumière ultraviolette. L'avantage pour la plante est que les guides augmentent l'offre de pollinisateurs à un coût relativement faible.

Stapelia gigantea sapromyophile


Hesperoyucca whipplei (pollinisé par les mites)


Baobab africain (pollinisé par les chauves-souris)


Images d'une fleur de Mimulus en lumière visible (à gauche) et en lumière ultraviolette (à droite) montrant un guide de nectar sombre qui est visible pour les abeilles mais pas pour les humains

Histoire

La compréhension complète de la pollinisation est assez récente.

En 1672, Néhémie Grew a eu l'idée que le pollen était le moyen de fertilisation des plantes supérieures. À l'aide d'un microscope, il a été le premier à décrire le pollen en détail. Cela a permis de découvrir que tous les grains de pollen d'une espèce étaient identiques. L'étude des grains de pollen est appelée palynologie. Elle est très utilisée en micropaléontologie. Le sexe des plantes a été découvert en 1694, lorsque Rudolf Camerarius a mis sa découverte dans une lettre.

En 1793, Christian Sprengel (1750-1816) a publié un ouvrage sur la pollinisation des fleurs par les insectes, qui en reprend les grandes lignes. Malheureusement, "son travail était si éloigné de la pensée et des intérêts de l'époque qu'il a été presque complètement ignoré".

Deux axes de travail ont permis de résoudre les principaux problèmes. L'une consistait à étudier le fonctionnement des cellules polliniques pour féconder l'ovule, l'autre à reconnaître la coévolution des pollinisateurs animaux et des plantes à fleurs. Ces deux axes de travail sont devenus essentiellement "modernes" au milieu du XIXe siècle.

Sprengel s'est souvenu : une petite plaque conçue d'après le frontispice de son livre se trouve au jardin botanique de Berlin