Trois ans après la pire sécheresse jamais enregistrée, les agriculteurs californiens ont pris des mesures pour faire face au manque d’eau. Certains agriculteurs ont foré de nouveaux puits en profondeur. D’autres laissent des champs en jachère, attendant la sécheresse jusqu’à ce qu’il y ait à nouveau assez d’eau pour semer leurs cultures. D’autres agriculteurs ont déménagé dans des endroits plus verts et plus humides.
Lorsque la nature ne fournit pas assez d’eau, les agriculteurs utilisent leur cerveau, leurs muscles et beaucoup de technologie pour trouver des solutions. Aussi astucieuses que ces solutions puissent paraître, peu sont vraiment si nouvelles. De nombreuses plantes du désert s’appuient sur des stratégies similaires pour lutter contre la sécheresse — et ce depuis des milliers, voire des millions d’années.
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Dans les déserts du sud-ouest des États-Unis et du nord du Mexique, les plantes indigènes ont trouvé des astuces incroyables pour survivre, et même prospérer. Incroyablement, ces plantes font régulièrement face à des conditions de sécheresse pénibles. Ici, les plantes peuvent passer un an sans voir une goutte de pluie.
Leur gestion a suscité l’intérêt des scientifiques. Ces chercheurs découvrent toutes sortes de stratégies utilisées par les plantes du désert pour survivre et se reproduire. Par exemple, l’arbre de mesquite compte sur la recherche de meilleures conditions ailleurs. Plutôt que de se déplacer — ce qu’elle ne peut pas faire seule — cette plante s’appuie sur les animaux pour manger ses graines et les disperser ensuite avec leurs excréments. Pendant ce temps, le buisson de créosote s’associe aux microbes dans le sol. Ces microbes l’aident à survivre au stress très réel de vivre dans un climat constamment chaud et sec. Et de nombreuses fleurs sauvages jouent avec leurs graines d’une manière qui peut les aider à survivre — et à survivre — même à la pire sécheresse.
Creuser profondément pour trouver de l’eau
Le désert de Sonora est situé en Arizona, en Californie., et le nord du Mexique. Les températures estivales diurnes dépassent souvent les 40 ° Celsius (104 ° Fahrenheit). Le désert se refroidit en hiver. Les températures nocturnes peuvent maintenant descendre sous le point de congélation. Le désert est sec la majeure partie de l’année, avec des saisons des pluies en été et en hiver. Pourtant, même quand les pluies arrivent, le désert n’a pas beaucoup d’eau. Donc, une façon dont ces plantes se sont adaptées est de cultiver des racines très profondes. Ces racines puisent dans des sources d’eau souterraine bien en dessous de la surface du sol.
Le mesquite de velours (Prosopis velutina) est un arbuste commun dans le désert de Sonora. Ses racines peuvent plonger sur plus de 50 mètres (164 pieds). C’est plus haut qu’un immeuble de 11 étages. Cela peut aider à étancher la soif d’un mesquite adulte, un arbuste apparenté aux haricots. Mais les semis doivent trouver une solution différente lorsqu’ils commencent à germer.
Avant qu’une graine puisse prendre racine, elle doit atterrir dans un bon endroit pour pousser. Comme les graines ne peuvent pas marcher, elles comptent sur d’autres méthodes pour se répandre. Une façon est de surfer sur les vents. Mesquite adopte une approche différente.
Chacune de ces plantes produit des centaines, voire des milliers de graines. Les gousses ressemblent beaucoup aux haricots verts mais ont un goût sucré sucré. Ils sont également très nutritifs. Les animaux (y compris les personnes) peuvent manger des gousses de mesquite séchées. Cependant, les graines elles-mêmes, qui poussent à l’intérieur des gousses sucrées, sont dures comme du roc. Lorsque les animaux mangent les gousses, l’enrobage dur des graines permet à beaucoup d’entre elles d’échapper à l’écrasement par la mastication. Les graines dures voyagent tout au long de l’intestin. Finalement, ils sortent de l’autre côté, dans la merde. Comme les animaux sont souvent en mouvement, ils peuvent jeter les graines partout dans le désert.
Se faire manger aide le mesquite d’une deuxième manière, aussi. Le revêtement dur sur ses graines rend également difficile l’entrée d’eau dans celles-ci. Et cela est nécessaire pour qu’une graine pousse. Mais quand un animal mange une gousse, les sucs digestifs dans son intestin dégradent maintenant le pelage des graines. Lorsque ces graines seront finalement excrétées dans les excréments de l’animal, elles seront enfin prêtes à pousser.
Bien sûr, pour bien pousser, chaque graine de mesquite doit encore atterrir dans un bon endroit. Mesquite pousse généralement mieux près des ruisseaux ou des arroyos. Les Arroyos sont des criques sèches qui se remplissent d’eau pendant un court moment après les pluies. Si un animal se rend au ruisseau pour boire un verre et fait ensuite ses affaires à proximité, la graine de mesquite a de la chance. Les excréments de l’animal fournissent également à chaque graine un petit paquet d’engrais pour le moment où elle commence à pousser.
S’enraciner
Après qu’un animal a dispersé des graines de mesquite à travers le désert, les graines ne germent pas tout de suite. Au lieu de cela, ils guettent les pluies — parfois pendant des décennies. Une fois qu’il pleut suffisamment, les graines germeront. Maintenant, ils font face à une course contre la montre. Ces graines doivent rapidement envoyer des racines profondes avant que l’eau ne sèche.
Steven R. Archer étudie comment cela fonctionne. Il est écologiste à l’Université de l’Arizona à Tucson. C’est au cœur du désert de Sonora. » J’étudie les systèmes écologiques, c’est-à-dire les plantes et les animaux, les sols et le climat, et comment ils interagissent tous les uns avec les autres « , explique-t-il.
Le désert de Sonora ne reçoit pas de pluies diluviennes longues et soutenues, note-t-il. La plupart des pluies tombent en courtes petites rafales. Chacun pourrait fournir juste assez d’eau pour mouiller le pouce supérieur (2,5 centimètres) de sol. « Mais à certaines périodes de l’année, note Archer, nous recevons pas mal de ces impulsions d’eau. »Un pouls est une courte rafale de pluie. Cela peut durer de quelques minutes à une heure.
Archer et son équipe ont voulu voir comment deux espèces végétales réagissent à ces impulsions. Les experts ont travaillé avec du velours mesquite et un arbuste apparenté, l’acacia à griffes de chat (Acacia greggii). Lors des tests, les scientifiques ont aspergé les graines avec des quantités variables d’eau. Ils l’ont délivré en un nombre variable d’impulsions. Plus tard, ils ont mesuré à quelle vitesse les graines ont germé et poussé les racines.
Une tempête qui tombe de 2 centimètres (0.8 pouces) de pluie fournit plus qu’assez d’eau pour que les graines d’un arbuste de mesquite ou d’acacia germent. Autant de pluie peut garder les 2,5 centimètres de sol supérieurs humides pendant 20 jours.Cette période est cruciale. Chaque plant « doit avoir une racine suffisamment profonde les premières semaines après sa germination pour survivre à la longue période sèche qui viendra inévitablement », explique Archer. Dans le désert de Sonora, en effet, un quart de toutes les plantes vivaces – des plantes qui vivent pendant de nombreuses années — meurent dans les 20 premiers jours après leur germination.
Dans une serre, les scientifiques ont planté des graines de mesquite de velours et d’acacia à griffes de chat. Ils les ont ensuite trempés avec entre 5,5 et 10 centimètres (2,2 et 3,9 pouces) d’eau pendant 16 ou 17 jours. À la fin de l’expérience, les scientifiques ont mesuré la croissance des plantes.
Les graines de Mesquite ont germé rapidement. Ils ont germé après 4,3 jours, en moyenne. Les graines d’acacia, en revanche, ont pris 7,3 jours. Le mesquite a également développé des racines plus profondes. Pour les plantes qui ont le plus d’eau, les racines de mesquite ont atteint une profondeur moyenne de 34,8 centimètres (13,7 pouces), contre seulement 29.5 centimètres pour l’acacia. Chez les deux espèces, les racines s’allongeaient avec chaque centimètre d’eau supplémentaire reçu par les plantes. L’acacia poussait plus au-dessus du sol; le mesquite mettait la majeure partie de son énergie dans la croissance d’une racine profonde aussi vite que possible.
La croissance très rapide d’une racine profonde aide à assurer la survie d’un mesquite. Une étude a porté sur un autre type, le miel de mesquite (P. glandulosa). La plupart des jeunes plants de cette espèce qui ont survécu à leurs deux premières semaines après la germination ont survécu pendant au moins deux ans. Cette étude a été publiée le 27 janvier 2014 dans PLOS ONE.
Bactéries favorables aux plantes
Une autre plante commune du désert — le buisson de créosote – a adopté une stratégie de survie différente. Il ne repose pas du tout sur des racines profondes. Pourtant, la plante est un véritable survivant du désert. Le plus ancien buisson de créosote, une plante de Californie appelée King Clone, est estimé à 11 700 ans. Il est si vieux que lorsqu’il a germé pour la première fois, les humains apprenaient tout juste à cultiver. Il est beaucoup plus ancien que les pyramides de l’Egypte ancienne.
Également connue sous le nom de Larrea tridentata, cette plante est extrêmement commune dans de vastes zones des déserts de Sonora et de Mojave (moh-HAA-vee). (Le Mojave se trouve au nord du Sonora et couvre des parties de la Californie, de l’Arizona, du Nevada et de l’Utah.) Les petites feuilles huileuses du buisson de créosote dégagent une forte odeur. Les toucher laissera vos mains collantes. Comme la mesquite, la créosote produit des graines qui peuvent devenir de nouvelles plantes. Mais cette plante s’appuie également sur une deuxième façon de maintenir son espèce en activité: elle se clone elle-même.
Le clonage peut ressembler à quelque chose d’un film de Star Wars, mais beaucoup de plantes peuvent se reproduire de cette façon. Un exemple courant est la pomme de terre. Une pomme de terre peut être coupée en morceaux et plantée. Tant que chaque pièce comprend une dent appelée « œil », une nouvelle plante de pomme de terre devrait pousser. Il produira de nouvelles pommes de terre génétiquement identiques à la pomme de terre mère.
Après qu’une nouvelle plante de créosote ait vécu environ 90 ans, elle commence à se cloner. Contrairement à une pomme de terre, les buissons de créosote poussent de nouvelles branches à partir de leurs couronnes — la partie de la plante où leurs racines rencontrent le tronc. Ces nouvelles branches développent alors leurs propres racines. Ces racines ancrent les nouvelles branches de 0,9 à 4,6 mètres (3 à 15 pieds) dans le sol. Finalement, les parties plus anciennes de la plante meurent. La nouvelle croissance, désormais ancrée dans ses propres racines, se perpétue.
À mesure que la plante mûrit, elle forme un grand cercle irrégulier. Au centre, les parties anciennes et mortes de la plante de la créosote pourrissent. De nouveaux clones poussent et prennent racine autour du périmètre.
David Crowley est microbiologiste de l’environnement à l’Université de Californie à Riverside. Il étudie les êtres vivants dans l’environnement qui sont trop petits pour être vus sans microscope. En 2012, il voulait apprendre comment le clone King aurait pu vivre si longtemps avec des racines aussi superficielles.
Cette plante « est située dans une zone où il n’y a souvent pas de pluie pendant toute une année », souligne Crowley. « Et pourtant, cette plante est assise là-bas, survivant pendant 11 700 ans dans les conditions les plus extrêmes — sol sablonneux, pas d’eau, peu de nutriments disponibles. Il fait très chaud. »Son équipe voulait rechercher des bactéries du sol susceptibles de favoriser la croissance des plantes.
Crowley et son équipe étudient comment les bactéries profitent aux plantes. Ils ont développé une hypothèse selon laquelle de nombreuses bactéries différentes vivent près des racines du Clone du roi et qu’elles aident à maintenir en vie l’ancien buisson de créosote.
Pour le savoir, les scientifiques ont creusé autour des racines du Clone du roi. Les experts ont ensuite identifié des bactéries vivant dans ce sol. Ils l’ont fait en étudiant l’ADN des germes. La plupart des bactéries étaient des types qui aident les plantes à se développer de différentes manières. Crowley conclut maintenant qu’une partie de la santé de la plante peut provenir de ces « microorganismes particulièrement bons sur ses racines. »
Certaines bactéries ont produit des hormones de croissance des plantes. Une hormone est un produit chimique qui signale les cellules, leur indiquant quand et comment se développer, grandir et mourir. D’autres bactéries dans le sol peuvent combattre les germes qui rendent les plantes malades. Les scientifiques ont également trouvé des bactéries qui interfèrent avec la réponse d’une plante au stress.
Sol salé, chaleur extrême ou manque d’eau — tout peut stresser une plante. Lorsqu’elle est stressée, une plante peut réagir en s’envoyant un message: « elle devrait cesser de pousser. Il devrait simplement tenir bon et essayer de survivre « , note Crowley.
Les plantes alertent leurs tissus en produisant du gaz éthylène (ETH-uh-leen). Les plantes fabriquent cette hormone d’une manière étrange. Premièrement, les racines d’une plante produisent un produit chimique appelé ACC (abréviation de l’acide 1-aminocyclopropane-l-carboxylique). À partir des racines, l’ACC remonte une plante, où il sera converti en gaz éthylène. Mais les bactéries peuvent interrompre ce processus en consommant l’ACC. Lorsque cela se produit, la plante ne reçoit jamais son propre message pour cesser de croître.
Si le stress devenait trop important — trop peu d’eau ou des températures très, très élevées — cette croissance ininterrompue provoquerait la mort de la plante. Cependant, si le stress est assez faible, la plante survit très bien, a appris l’équipe de Crowley. Il a publié ses résultats dans la revue Microbial Ecology.
Fleurs de jeu
La mesquite et la créosote sont toutes deux des plantes vivaces. Cela signifie que ces arbustes vivent pendant de nombreuses années. D’autres plantes du désert, y compris de nombreuses fleurs sauvages, sont annuelles. Ces plantes vivent une seule année. Cela leur laisse une seule chance de produire des graines avant de mourir.
Imaginez maintenant si chacune de ces graines germait après une tempête de pluie. Si une période de sécheresse avait suivi et que tous les petits plants étaient morts, la plante n’aurait pas réussi à se reproduire. En effet, si cela arrivait à toutes les plantes de son genre, ses espèces disparaîtraient.
Heureusement pour certaines fleurs sauvages, ce n’est pas ce qui se passe, observe Jennifer Gremer. Elle est écologiste à l’U.S. Geological Survey. Plus tôt, alors que Gremer travaillait à l »Université de l »Arizona à Tucson, elle a étudié comment les graines de fleurs sauvages évitent de faire de mauvais « choix ». »Parfois, les gens qui placent des paris utilisent la même stratégie. Avec les plantes, la stratégie n’est pas de gagner de l’argent, cependant. Il s’agit de la survie de son espèce.
Les parieurs couvrent parfois un pari. C’est une façon d’essayer de limiter leurs risques. Par exemple, si vous aviez parié 5 a à un ami que les Royals de Kansas City gagneraient la Série mondiale 2014, vous auriez perdu tout votre argent. Pour couvrir votre pari, vous auriez pu parier à un autre ami 2 that que les Royals perdraient la Série mondiale. De cette façon, quand la Famille royale a perdu, vous avez perdu 5 $ mais gagné 2 $. Cela peut encore faire mal, mais probablement pas aussi mal que si vous aviez perdu tous les 5 $.
Les fleurs sauvages du désert de Sonora couvrent également leurs paris. Le pari qu’ils font est le suivant: « Si je cultive cette année, je peux produire plus de graines avant de mourir. »
Imaginez qu’une fleur sauvage du désert produit 1000 graines qui tombent toutes au sol. La première année, seulement 200 des graines germent. C’est le pari. Les 800 autres graines sont sa haie. Ils mentent et attendent.
Si cette première année est très pluvieuse, les 200 graines pourraient avoir un bon coup pour devenir des fleurs. Chacun à son tour peut produire plus de graines. Si l’année est très sèche, cependant, beaucoup, sinon la plupart, des graines qui ont germé mourront. Aucune de ces graines n’a donc pu se reproduire. Mais grâce à la haie, la plante a une seconde chance. Il a encore 800 graines de plus dans le sol, chacune pouvant pousser l’année prochaine, l’année d’après ou peut-être une décennie plus tard. Chaque fois que les pluies arrivent.
La couverture a ses risques. Les oiseaux et autres animaux du désert aiment manger des graines. Donc, si une graine reste sur le sol du désert pendant de nombreuses années avant de pousser, elle pourrait être mangée.
La « haie » des fleurs sauvages
Gremer et son équipe ont voulu savoir comment 12 annuelles du désert ont couvert leurs paris. Les experts ont calculé la part des graines germées chaque année. Ils ont également compté quelle part de graines non germées a survécu dans le sol. (Par exemple, certaines graines finissent par être mangées par les animaux.)
Comme par hasard, un autre écologiste de l’Université de l’Arizona, Lawrence Venable, collectait des données sur les graines de fleurs sauvages depuis 30 ans. Lui et Gremer ont utilisé ces données pour une nouvelle étude.
Chaque année, Venable échantillonnait le sol désertique, puis comptait les graines de chaque espèce de fleur qu’il contenait. Ceux-ci représentaient des graines qui n’avaient pas encore germé. Après chaque pluie, son équipe a compté combien de plants ont germé. Venable regardait alors les semis pour le reste de la saison pour voir s’ils mettaient leurs propres graines. Gremer a utilisé ces données pour calculer le nombre de graines germées chaque année et, enfin, combien d’entre elles ont finalement produit plus de graines.
Elle se doutait que si une espèce de fleur du désert survivait très bien, la plupart de ses graines germent chaque année. Et ses soupçons se sont avérés corrects.
Elle a utilisé les mathématiques pour anticiper le nombre de graines de chaque plante qui germeraient chaque année si la plante utilisait la meilleure stratégie de survie possible. Puis elle a comparé ses suppositions à ce que les plantes faisaient vraiment. Par cette méthode, elle a confirmé que les plantes avaient couvert leurs paris après tout. Certaines espèces ont fait mieux que d’autres. Elle et Venable ont décrit leurs conclusions dans le numéro de mars 2014 de Ecology Letters.
Filaree (Erodium texanum) n’a que peu couvert ses paris. Cette plante produit de « grosses graines délicieuses » que les animaux aiment manger, explique Gremer. Elle est également meilleure que beaucoup d’autres annuelles du désert pour survivre sans beaucoup d’eau. Chaque année, environ 70% de toutes les graines de filarées germent. Après tout, si les graines savoureuses restaient dans le sol, les animaux pourraient en manger la plupart. Au lieu de cela, lorsque les graines poussent, elles ont de bonnes chances de survivre et de se reproduire. C’est la haie de cette plante.
Un très petit parent du tournesol adopte l’approche inverse pour couvrir ses paris. Appelé tabac de lapin (Evax multicaulis), les animaux mangent rarement ses très petites graines, qui ressemblent à des grains de poivre. Cette plante peut donc jouer en laissant ses graines traîner sur le sol du désert. En fait, chaque année, seulement 10 à 15% de ses graines germent. Et quand une plante le fait — et survit dans le désert assez longtemps pour produire des graines – elle en produit beaucoup, beaucoup de graines. En effet, cela fait beaucoup plus qu’un filaree.
Le manque d’eau rend la croissance des plantes difficile. C’est quelque chose que les agriculteurs californiens n’ont que trop bien vu au cours des trois dernières années de sécheresse. Dans les déserts du sud—ouest des États-Unis, la sécheresse est une caractéristique permanente de la vie – pourtant, de nombreuses plantes y prospèrent encore. Ces plantes réussissent parce qu’elles ont évolué de différentes manières pour germer, grandir et se reproduire.
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