Certaines des premières plantes ont attiré les pollinisateurs en produisant de la chaleur qui faisait briller ces plantes avec une lumière infrarouge, selon une nouvelle série d'expériences.
Les travaux, publiés dans la revue , suggèrent que bien avant l'apparition de fleurs aux couleurs vives, ces plantes anciennes se réveillaient métaboliquement lorsqu'elles avaient du pollen prêt. Les insectes nocturnes tels que les coléoptères pourraient alors voir cette chaleur de loin et se diriger vers la cible.
Ces plantes productrices de chaleur, appelées cycas, existent aujourd'hui dans les forêts tropicales du monde entier, bien qu'elles constituent l'un des groupes de plantes les plus menacés.
« Certaines personnes les appellent plantes de dinosaures parce qu'elles étaient beaucoup plus dominantes à l'époque des dinosaures », explique Wendy Valencia-Montoya, experte en cycas à l'Université Harvard.
Les fossiles d'il y a plus de 200 millions d'années, comparés aux cycadales qui existent aujourd'hui, montrent que « les plantes se ressemblent exactement », dit-elle. « Ils n'ont donc pas beaucoup changé depuis des centaines de millions d'années. »
Ils sont apparentés aux pins, et les plantes mâles et femelles produisent chacune des structures charnues ressemblant à des pommes de pin qui contiennent le pollen et les graines. « C'est quelque chose de très unique parmi ce groupe de plantes anciennes », explique Valencia-Montoya, qui affirme qu'il s'agit des plus anciennes plantes connues contenant du pollen.
Il y a quelques siècles, les botanistes ont remarqué que ces plantes produisaient de la chaleur dans leurs structures reproductives. Par rapport à la température de l’air ambiant, elles peuvent être plus chaudes de 15 à 25 degrés Fahrenheit, voire plus.
« Nous pensons que la production de chaleur est quelque chose que font les mammifères ou les oiseaux, mais en fait, les plantes peuvent le faire aussi », dit-elle, même si cela n'est pas courant dans le monde végétal et nécessite beaucoup d'énergie.
Dans ces plantes, on pensait que la chaleur était un sous-produit des processus métaboliques. Ou peut-être que la chaleur a volatilisé le parfum de la plante, un peu comme si on branchait un désodorisant sur une prise électrique pour générer de la chaleur qui envoie un parfum dans une pièce. Les recherches effectuées au cours des deux dernières décennies ont montré que les cônes mâles et femelles se réchauffent à des moments légèrement différents, ce qui pourrait faire passer les pollinisateurs d'un cône à l'autre.
Pour tenter de mieux comprendre ce qui se passait, Valencia-Montoya et ses collègues ont peint des coléoptères pollinisateurs avec des marqueurs fluorescents pour observer quand les coléoptères se rendaient à l'usine. Et ils ont constaté que les coléoptères se dirigeaient clairement vers les cônes des plantes lorsqu'ils se réchauffaient.
Pour dissocier la chaleur des autres signaux potentiels produits par ces plantes, comme l’odeur et l’humidité, son équipe a utilisé l’impression 3D pour fabriquer des cônes de pollen simulés. Ces fausses structures végétales étaient creuses à l’intérieur et remplies de sable chauffé.
Les faux cônes brillaient dans l’infrarouge, un peu comme de vraies plantes. « C'était assez frappant quand nous l'avons vu sur le terrain », explique Valencia-Montoya, qui affirme que les fausses plantes ont été déployées à l'extérieur du centre botanique de Montgomery à Coral Gables, en Floride.
En utilisant ces fausses plantes, les chercheurs ont trouvé quelques astuces pour voir si les insectes étaient attirés par la lueur infrarouge, plutôt que par la sensation tactile de la chaleur elle-même. Par exemple, dans une expérience, ils ont enveloppé le cône dans une pellicule plastique transparente à la lumière infrarouge. Les insectes pouvaient voir la lumière infrarouge mais ne s’approchaient pas suffisamment du cône pour réellement ressentir la chaleur.
Ce qu’ils ont découvert, c’est que la lueur infrarouge, à elle seule, était suffisante pour attirer des centaines de coléoptères pollinisateurs.
Et lorsqu’ils ont examiné ces coléoptères, ils ont découvert qu’ils possédaient des antennes spécialisées qui avaient évolué pour détecter de légères différences de température – semblables aux récepteurs de détection de chaleur utilisés par les serpents pour détecter leurs proies.
De plus, il s'avère que les antennes des coléoptères semblent être adaptées à la plage de température exacte déployée par leur plante hôte, puisque différentes espèces de coléoptères fréquentent différentes espèces de cycadales.
« Le rayonnement infrarouge est peut-être le signal de pollinisation découvert le plus ancien », déclare Nicholas Bellono de l'Université Harvard, l'un des auteurs de la nouvelle étude.
À l'époque où les plantes produisaient pour la première fois du pollen, les insectes qui se trouvaient autour étaient nocturnes et avaient une mauvaise vision, explique Valencia-Montoya. « Il est donc tout à fait logique qu'un signal tel que la chaleur les guide. »
Mais à mesure que de nouveaux groupes actifs à l'époque et dotés d'une meilleure vision, comme les papillons et les abeilles, émergent, « il est plus logique que les plantes modifient leur stratégie de signalisation pour exploiter également les systèmes sensoriels de ces pollinisateurs plus récents », dit-elle, ajoutant qu'au cours de l'évolution, il y a une danse constante entre les plantes et leurs pollinisateurs. Une fois que la couleur est devenue un signal possible, les plantes à fleurs disposaient d’une immense gamme de combinaisons de couleurs, leur permettant de se diversifier rapidement.
Ces chercheurs ont utilisé « une multitude de techniques » pour prouver que la température des cônes producteurs de chaleur des cycadales est intimement liée à l'attraction des pollinisateurs, et que cette association est ancienne, explique Roger Seymour, de l'Université d'Adélaïde en Australie, qui ne faisait pas partie de l'équipe de recherche : « C'est une contribution importante ».
Seymour pense cependant que la chaleur pourrait jouer plus d'un rôle et que la possibilité d'un échauffement pourrait être un bonus pour les coléoptères qui ont besoin d'une température corporelle élevée pour leur activité. « La chaleur peut être une récompense énergétique directe pour les insectes pollinisateurs qui peuvent rester à l'intérieur d'une fleur thermogénique beaucoup plus longtemps que les insectes visitant des espèces non thermogéniques », dit-il.
Irene Terry, de l'Université de l'Utah, une écologiste spécialisée dans les cycadales et leurs interactions avec les insectes, mais qui ne faisait pas partie de cette équipe de recherche, affirme que ce n'est que relativement récemment que les gens ont réalisé que ces plantes anciennes avaient même des pollinisateurs, plutôt que de simplement répandre leur pollen avec le vent.
Des odeurs particulières semblent être d'importants attractifs pour les pollinisateurs, dit-elle, notant que ces plantes peuvent sentir tout, du chewing-gum au poivron. Pourtant, cette étude montre « de la plus belle des manières » que l’infrarouge est également essentiel.
« Je n'ai pas du tout été surpris que l'infrarouge soit impliqué », explique Terry, étant donné que d'autres insectes comme les moustiques utilisent l'infrarouge pour se frayer un chemin vers une cible. « Il y a toute une série de choses que les insectes peuvent voir et que nous ne voyons pas. »
Imaginez, dit Bellono, être un coléoptère préhistorique essayant de naviguer dans un environnement sombre en début de soirée et voyant diverses plantes commencer à briller en rouge.
« L'infrarouge est un monde totalement différent que nous ne connaissons pas », dit-il. « Je pense que c'est une chose intéressante à laquelle penser, en remontant dans le temps, que ce signal existait lorsque les dinosaures étaient là, bien avant nous. Et les coléoptères l'utilisent encore aujourd'hui et font toujours l'expérience de ce monde. »
