Table des matières

Ce blog fait partie de notre compte à rebours coloré pour la saison des vacances où nous célébrons la diversité et la beauté du monde naturel. Dans cet article, Caroline Dong de l’Université de Tulane déterre le monde diversifié de la coloration florale et ce que nous avons encore à découvrir dans ces plantes décoratives mais mystérieuses.

La coloration florale peut être un trait utile et prévisible. La coloration des fleurs est un signal qui a évolué pour une communication visuelle efficace et efficiente entre elles et leurs pollinisateurs. Les plantes visent à produire des fleurs plus visibles pour un pollinisateur particulier en produisant des couleurs et des motifs facilement perçus par le système visuel de ce pollinisateur. Le maintien de la spécificité est vital car il est avantageux de minimiser les visites d’autres groupes de pollinisateurs qui ne contribuent pas à la reproduction. En plus de la couleur, des traits tels que l’odeur, la forme, la taille et la phénologie contribuent également à la discrimination des pollinisateurs.

En raison de son rôle essentiel dans la dynamique plante-pollinisateur, la couleur florale est un trait qui a de larges contributions écologiques à la capacité de reproduction et au maintien des limites des espèces en régulant le flux génétique. Au-delà de l’arc-en-ciel des longueurs d’onde visibles par l’homme (400-700 nm), il existe des différences significatives dans la coloration florale et les motifs dans les longueurs d’onde ultraviolette (UV ; 300-400 nm) et proche infrarouge (NIR ; 700-2 500 nm). Ce sont des aspects relativement moins explorés de la coloration des plantes et d’autres organismes, mais ils ont le potentiel d’influencer la dynamique plante-pollinisateur autant que la coloration visible par l’homme.

Image4
De gauche à droite : photographies UV, visibles et NIR de M. guttatus. Pour les photographies UV et NIR, les couleurs plus claires indiquent une réflectance plus élevée et les couleurs plus foncées indiquent une absorbance plus élevée © Caroline Dong

Les différences d’absorbance et de réflectance dans les longueurs d’onde UV forment des éléments centraux de nombreux motifs floraux de couleur. Ces motifs UV frappants sont largement reconnus pour jouer un rôle dans l’attraction des pollinisateurs. Les insectes et les oiseaux, pollinisateurs communs, ont tous deux une vision des couleurs bien développée s’étendant aux longueurs d’onde UV. Le motif floral UV est labile évolutif et il existe des motifs généraux qui émergent dans les groupes de pollinisateurs. Par exemple, les fleurs pollinisées par les abeilles ont souvent des centres absorbant les UV et des marges réfléchissant les UV, tandis que celles pollinisées par les oiseaux absorbent souvent entièrement les UV. De plus, il a été constaté que la variation de la structuration des UV est associée à la variation bioclimatique de la température, de l’altitude, de l’humidité et de l’irradiance UV.

Cependant, la sélection environnementale sur les motifs UV n’est pas encore entièrement comprise et des motifs contrastés ont été trouvés dans différents systèmes. De plus, il y a des changements dans les assemblages de pollinisateurs et leur perception de la couleur (environnements lumineux différents) le long des gradients environnementaux (par exemple l’altitude) qui peuvent rendre difficile la démêler les forces sélectives en jeu.

Image3
Un bourdon, dans le genre Bombus, pollinisant un M. guttatus fleur © Kathleen Ferris

Les organismes sessiles, comme les plantes, nécessitent encore des adaptations pour réguler leur température interne. La couleur est une méthode de thermorégulation, théoriquement accomplie en ayant une coloration plus foncée et/ou en modifiant la réflectance dans les longueurs d’onde NIR, qui comprend environ 50 % du rayonnement incident total de la lumière du soleil. Cependant, malgré l’hypothèse intuitive selon laquelle les couleurs plus foncées absorbent plus de rayonnement et augmentent les températures, les études sur les fleurs n’ont pas identifié de relation à grande échelle entre la température et la couleur. Il a également été montré chez les papillons et les coléoptères que la couleur visible et la température ne sont pas nécessairement liées. Cela est probablement dû au fait que la couleur visible a des fonctions concurrentes en dehors de la thermorégulation (par exemple, le camouflage, la signalisation, la protection physique et physiologique).

D’un autre côté, les différences de NIR devraient remplir les fonctions de thermorégulation car les animaux, y compris les insectes, ne peuvent pas voir les longueurs d’onde NIR. Chez les plantes, il a été suggéré que le NIR peut moduler le profil thermique d’une fleur pour bénéficier directement à la reproduction de la plante (par exemple, température optimale pour les processus métaboliques et de fertilisation) ou indirectement en attirant les pollinisateurs avec une récompense thermique (c’est-à-dire un gain de chaleur) et ainsi influencer la plante -la dynamique des pollinisateurs.

Je développe des projets de recherche pour explorer si des différences cryptiques (au-delà de celles visibles par l’homme) dans la coloration et les motifs floraux peuvent contribuer à l’isolement reproductif et à la fitness dans le Mimulus guttatus complexe d’espèces, un groupe de fleurs sauvages étroitement apparentées qui se trouvent dans divers environnements à travers l’ouest de l’Amérique du Nord. En particulier, je m’intéresse à la fleur de singe suintant (M. guttatus) et le singe à feuilles coupées (M. laciniatus), qui sont localement adaptés à des microhabitats contrastés et divergent en plusieurs phénotypes tels que la forme des feuilles, la période de floraison et le système d’accouplement.

Image1
Mimulus guttatus poussant dans un habitat de prairie mésique dans les montagnes de la Sierra Nevada © Caroline Dong

Mimulus guttatus est allogame, principalement pollinisé par les abeilles, alors que M. laciniatus est très autofertile. Les colorations visibles de Mimulus guttatus et M. laciniatus sont similaires où les deux ont des fleurs jaunes avec des taches rouges variables. Fleurs de M. guttatus ont des régions définies de réflectance et d’absorption UV, ce qui s’est avéré important pour attirer les pollinisateurs. Le motif UV est également présent dans M. laciniatus fleurs mais la variation n’est pas bien caractérisée et la fonction n’est pas claire, étant donné qu’elle est autofécondante et ne nécessite pas de pollinisateurs.

Il existe des preuves d’hybridation occasionnelle et de flux de gènes entre Mimulus guttatus et M. laciniatus lorsque leurs microhabitats sont à proximité immédiate des populations sympatriques. Bien que la divergence dans les modèles de couleurs visibles soit minime, la sélection pourrait théoriquement favoriser l’émergence de différences cryptiques plus prononcées dans les populations sympatriques pour augmenter la discrimination des pollinisateurs et réduire le flux génétique. Ce processus est appelé « renforcement » et peut se produire si un isolement reproductif postzygotique (par exemple, stérilité ou inviabilité hybride) est présent entre les deux espèces. D’autres expériences pourraient consister à évaluer les préférences et le comportement des pollinisateurs et à interpréter les motifs floraux à l’aide de modèles de vision des pollinisateurs, afin de former des inférences sur le rôle des traits de couleur sur le flux génétique.

De plus, la réflectance et l’absorbance UV et NIR le long des gradients d’altitude peuvent être examinées pour des corrélations avec des facteurs abiotiques. L’existence de populations allopatriques et sympatriques entre M. guttatus et M. laciniatus nous fournit une étude comparative naturelle de l’évolution du signal et de l’isolement reproductif.

Image2
Mimulus laciniatus poussant sur un affleurement granitique dans les montagnes de la Sierra Nevada © Caroline Dong

De nombreux grands thèmes sont disponibles pour être explorés par les chercheurs concernant les moteurs écologiques et évolutifs de la coloration florale. Par exemple, chez les espèces hautement autofertiles, leur coloration florale est-elle un artefact du signal phylogénétique d’un ancêtre allogame ou est-elle influencée par la sélection abiotique ? Quel est le degré de plasticité phénotypique de la coloration florale et est-ce adaptatif ? Y a-t-il une adaptation locale de la réflectance NIR dans les populations qui diffèrent par des facteurs bioclimatiques tels que l’altitude ? Comment la force de sélection sur une population se compare-t-elle entre les facteurs biotiques (c’est-à-dire les pollinisateurs) et abiotiques (c’est-à-dire environnementaux) ?

En résumé, la coloration florale est une lentille convaincante et dynamique à travers laquelle voir la vie des plantes.

Découvrez plus de publications dans le cadre de notre série Color Countdown ici.


Source link