Les fleurs constituent un des exemples les plus frappants de la diversité de la nature. Elles présentent une myriade de combinaisons de couleurs, de motifs, de formes et de parfums. On y trouve des tulipes colorées, de délicates marguerites, des frangipaniers odorants, mais aussi des fleurs cadavres géantes à l’odeur putride. Leur variété et leur diversité sont stupéfiantes – il suffit de penser à l’orchidée en forme de canard volant.
Mais même si nous pouvons admirer la beauté et la diversité des fleurs, elles ne sont pas vraiment conçues pour nos yeux.
Le but des fleurs est d’attirer les pollinisateurs, et c’est à leurs sens que les fleurs répondent. Les motifs ultraviolets (UV) en sont un bon exemple. De nombreuses fleurs accumulent des pigments UV dans leurs pétales, formant des motifs qui sont invisibles pour nous, mais que la plupart des pollinisateurs peuvent voir.
Le décalage entre ce que nous voyons et ce que les pollinisateurs perçoivent est particulièrement frappant pour les tournesols. Malgré leur caractère emblématique dans la culture populaire (comme en témoigne le supposé honneur d’être l’une des rares espèces de fleurs ayant un emoji à leur image), ils ne semblent pas être le meilleur exemple de diversité florale.
Une affaire de perception
Ce que nous considérons généralement comme un seul tournesol est en fait une grappe de fleurs, appelée inflorescence. Tous les tournesols sauvages, dont il existe environ 50 espèces en Amérique du Nord, ont des inflorescences très similaires. À nos yeux, leurs ligules (les pétales agrandis et soudés au pourtour de l’inflorescence du tournesol) sont toutes du même jaune vif uniforme que nous connaissons bien.
Cependant, lorsqu’on l’examine dans le spectre UV (c’est-à-dire au-delà du type de lumière que nos yeux peuvent voir), ce qu’on voit est très différent. Les tournesols accumulent des pigments absorbant les UV à la base des ligules. Sur l’ensemble de l’inflorescence, il en résulte un motif qui forme comme un centre de cible.
Dans une étude récente, nous avons comparé près de 2 000 tournesols sauvages. Nous avons constaté que la taille de ces taches UV varie considérablement, tant entre les espèces qu’au sein d’une même espèce.
Le tournesol présentant la plus grande diversité dans la taille des cercles UV est Helianthus annuus, le tournesol commun. H. annuus est le parent sauvage le plus proche du tournesol cultivé et est le plus répandu des tournesols sauvages, poussant presque partout du sud du Canada jusqu’au nord du Mexique. Alors que certaines populations de H. annuus possèdent de très petites taches UV, chez d’autres, la région absorbant les ultraviolets couvre toute l’inflorescence.
Attirer les pollinisateurs
Pourquoi y a-t-il d’aussi grandes différences ? Les scientifiques connaissent depuis longtemps les motifs UV des fleurs. Parmi les nombreuses approches utilisées pour étudier le rôle de ces motifs dans l’attraction des pollinisateurs, certaines ont été très inventives, comme couper et coller des pétales ou les enduire de crème solaire.
Lorsque nous avons comparé des tournesols avec différents cercles UV, nous avons constaté que les pollinisateurs étaient capables de les distinguer et préféraient les plantes avec des taches de taille moyenne.
Cela n’explique pas pour autant toute la diversité des motifs UV que nous avons observée dans différentes populations de tournesols sauvages : si les cercles UV moyens attirent plus de pollinisateurs (ce qui est manifestement un avantage), pourquoi existe-t-il des plantes avec des taches petites ou grosses ?
D’autres facteurs
Si l’attraction des pollinisateurs est sans contredit la principale fonction des caractéristiques des fleurs, il apparaît de plus en plus que des facteurs non liés à la pollinisation, comme la température ou les herbivores, peuvent affecter l’évolution de caractéristiques telles que la couleur et la forme des fleurs.
Nous avons découvert un premier indice que cela pourrait être le cas pour les motifs UV du tournesol lorsque nous avons examiné comment leur variation est régulée sur le plan génétique. Un seul gène, HaMYB111, est généralement responsable de la diversité des motifs UV qu’on observe chez H. annuus. Ce gène contrôle la production d’une famille de substances chimiques appelées glycosides de flavonol, que nous avons trouvées en forte concentration dans la partie absorbant les UV des ligules. Les glycosides de flavonol ne sont pas seulement des pigments qui absorbent les UV, et ils jouent un rôle important en aidant les plantes à affronter différents stress environnementaux.
Un deuxième indice est lié à la découverte du fait que le même gène est responsable de la pigmentation UV dans les pétales de l’arabette de Thalius, Arabidopsis thaliana. Cette plante est l’organisme modèle le plus couramment utilisé en génétique végétale et en biologie moléculaire. Elle est capable de se polliniser elle-même et se passe donc généralement de pollinisateurs.
Comme elles n’ont pas besoin d’attirer les pollinisateurs, leurs fleurs blanches sont petites et discrètes. Pourtant, leurs pétales sont remplis de flavonols qui absorbent les rayons UV. Cela laisse croire qu’il existe des raisons non liées à la pollinisation qui expliquent que ces pigments soient présents dans les fleurs de l’arabette de Thalius.
Enfin, nous avons remarqué que les tournesols de climats plus secs présentaient systématiquement des taches UV plus grosses. L’une des fonctions connues des glycosides de flavonol est de réguler la transpiration. Nous avons effectivement constaté que les ligules avec de gros motifs UV (qui contiennent de grandes quantités de glycosides de flavonol) perdaient de l’eau à un rythme beaucoup plus lent que celles avec de petits motifs.
Cela semble indiquer que la pigmentation UV des fleurs peut avoir deux fonctions, du moins chez les tournesols : rendre les fleurs plus attrayantes pour les pollinisateurs et aider les plants à survivre dans des environnements secs en conservant l’eau.
Une évolution économe
Alors, qu’est-ce que cela nous enseigne ? Tout d’abord, que l’évolution est économe et que, dans la mesure du possible, elle utilise le même trait pour atteindre plus d’un objectif adaptatif. Ces observations nous apportent également une voie potentielle pour améliorer les cultivars de tournesol, en augmentant les taux de pollinisation en même temps que la résistance des plantes à la sécheresse.
Nos travaux, ainsi que d’autres études portant sur la diversité végétale, permettront de prévoir comment et dans quelle mesure les plantes arriveront à faire face aux changements climatiques, qui modifient déjà les environnements auxquels elles sont adaptées.