« Bioacoustique végétale » : différence entre les versions
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# des plantes peuvent générer des sons (par exemple lors de la photosynthèse ou en cas de stress d'évapotranspiration). L'acoustique passive (car non invasive) a donc un intérêt pour évaluer l'état physiologique d'arbres ou de certaines autres plantes. |
# des plantes peuvent générer des sons (par exemple lors de la photosynthèse ou en cas de stress d'évapotranspiration). L'acoustique passive (car non invasive) a donc un intérêt pour évaluer l'état physiologique d'arbres ou de certaines autres plantes. |
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# les plantes perçoivent certains stimuli méncano-acoustiques et y répondent bien qu'on ne leur ait pas identifié de système nerveux. |
# les plantes perçoivent certains stimuli méncano-acoustiques et y répondent bien qu'on ne leur ait pas identifié de système nerveux. |
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== Ondes sonores « pollinisantes » == |
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La pollinisation par le bzz (''Buzz pollination'' pour les anglophones), ou [[sonication]] est l'un des premiers exemple découverts de réponse comportementale de certaines fleurs à des fréquences spécifiques de vibrations. Au cours de l'évolution, environ 2000 espèces de plantes, dont par exemple ''[[Dodecatheon]]'' et ''[[Heliamphora]]'', ont évolué pour libérer du pollen (à partir des anthères) uniquement quand ces dernières vibrent à une certaine fréquence, qui est exclusivement celle des muscles du vol des apidés pollinisateur de la fleur (abeilles, bourdons). La vibration transmise par les ailes de l'insecte confèrent aux grains de pollen l'[[énergie cinétique]] qu'il leur faut pour être expulsé par le pores des [[anthère]]s<ref>{{Article |prénom1=S. L. |nom1=Buchmann |prénom2=J. P. |nom2=Hurley |titre=A biophysical model for buzz pollination in angiosperms |périodique=Journal of Theoretical Biology |volume=72 |numéro=4 |date=1978-06-20 |issn=0022-5193 |pmid=672247 |doi=10.1016/0022-5193(78)90277-1 |lire en ligne=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/672247 |consulté le=2021-01-02 |pages=639–657}}</ref>. |
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Une réaction d'un type proche a été mise en évidence chez l'Onagre ''[[Oenothera drummondii]]'' : sa fleur produit un [[nectar]] plus sucré dans les 3 minutes qui suivent l'exposition des anthères à la vibration crée par les battements d'ailes d'abeille (et aux sons de fréquences similaires)<ref name=NectarSucreOnagre2018/>. |
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Une hypothèse explicative de ce type de comportement est que si la plante peut « détecter » la proximité d'un pollinisateur proche, il est très probable que d'autres pollinisateurs soient au moins momentanément également proches. En termes de coût/bénéfice et au regard de la sélection naturelle, produire un nectar plus sucré est alors optimal. Une autre hypothèse, n'excluant pas la précédente, est que la fleur pourrait servir d '«oreille» ou de guide d'onde amplifiant ou dirigeant cette vibration vers des mécanorécepteurs appropriés, sur les membranes plasmiques de certaines cellules qui détecteraient ainsi les vibrations mécaniques de l'air<ref name=NectarSucreOnagre2018/>. L'activation de ces mécanorécepteurs par des ondes sonores d'une certaine fréquence, provoquerait un flux de Ca2+ dans la cellule végétal, induisant sa dépolarisation<ref>{{Article |prénom1=H. M. |nom1=Appel |prénom2=R. B. |nom2=Cocroft |titre=Plants respond to leaf vibrations caused by insect herbivore chewing |périodique=Oecologia |volume=175 |numéro=4 |date=2014-08 |issn=1432-1939 |pmid=24985883 |pmcid=4102826 |doi=10.1007/s00442-014-2995-6 |lire en ligne=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24985883 |consulté le=2021-01-03 |pages=1257–1266}}</ref>, et par suite la libération d'de phytohormones et l'expression des gènes impliqués dans l'effet en aval. On sait qu'il existe un gène de type [[calmoduline]] codant pour un capteur du taux de Ca2+ <ref>{{Article |prénom1=Justin W. |nom1=Walley |prénom2=Sean |nom2=Coughlan |prénom3=Matthew E. |nom3=Hudson |prénom4=Michael F. |nom4=Covington |titre=Mechanical stress induces biotic and abiotic stress responses via a novel cis-element |périodique=PLoS genetics |volume=3 |numéro=10 |date=2007-10 |issn=1553-7404 |pmid=17953483 |pmcid=2039767 |doi=10.1371/journal.pgen.0030172 |lire en ligne=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17953483 |consulté le=2021-01-03 |pages=1800–1812}}</ref>. Le taux de sucre dans le nectar augmente alors d'environ 20%, ce qui le rend nettement plus sucré que le nectar des fleurs exposées au silence ou à d'autres fréquences<ref name=NectarSucreOnagre2018/>. Un LDV ([[vibromètre laser]] Doppler) a montré que les fleurs réagissent en réponse à un signal sonore d'abeille mais aussi de papillon de nuit, ainsi qu'à certains basse fréquence, mais pas aux haute fréquence<ref name=NectarSucreOnagre2018/>. Les taux de sucre du nectar ont été mesurés avant et après que les plantes aient été exposées à des sons artificiels ; il n'augmente significativement que quand il s'agit de basses fréquences (du type de celles de battements d'ailes d'abeille)<ref name=NectarSucreOnagre2018>{{Article |langue=en |prénom1=Marine |nom1=Veits |prénom2=Itzhak |nom2=Khait |prénom3=Uri |nom3=Obolski |prénom4=Eyal |nom4=Zinger |titre=Flowers respond to pollinator sound within minutes by increasing nectar sugar concentration |éditeur=Ecology |date=2018-12-28 |périodique=biorxiv |doi=10.1101/507319. |lire en ligne=http://biorxiv.org/lookup/doi/10.1101/507319 |consulté le=2021-01-02}}</ref>. La fleur est bien l'organe détectant la vibration du pollinisateur, car quand elle est isolée dans un contenant de verre, alors que le reste de la plante était exposé à la vibration, le taux de sucre du nectar n'augmente pas significativement même après une exposition aux basses fréquences efficaces quand la fleur n'est pas phonétiquement isolée<ref name=NectarSucreOnagre2018/>. |
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Si les pétales agissent comme antenne réceptrice (oreille) de la plante, il doit y avoir une sélection naturelle sur les paramètres morphologiques et mécaniques de la fleur car la fréquence de résonance dépend de la taille, de la forme et de la densité des tissus. En comparant les caractéristiques (traits mécaniques et morphologiques) des plantes en fonction de leurs pollinisateurs, on trouve effectivement un rapport entre les formes des fleurs avec des pollinisateurs « vibrants bruyamment ». Abeilles, bourdons, oiseaux (colibri) et papillons - les fleurs qu'ils pollinisent correspondent toutes à des fleurs en forme de bol ou tubulaires. L'observation de la couleur et de la forme d'une fleur nouvellement découverte pourrait ainsi donner des informations sur ses pollinisateurs probables<ref>{{Lien web |titre=Pollinator Syndromes |url=https://www.fs.fed.us/wildflowers/pollinators/What_is_Pollination/syndromes.shtml |site=www.fs.fed.us |consulté le=2021-01-03}}</ref> |
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Version du 3 janvier 2021 à 13:08
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La bioacoustique végétale fait principalement référence à l'enregistrement et l'étude des émissions (active ou passive) d'ondes sonores par des végétaux terrestres ou aquatiques.
Depuis les années 2000-2010, des émissions sonores enregistrables, émises par des plantes (troncs, racines) sont bien documentées[1].
On a aussi montré que des variations des taux de germination et de la croissance ainsi que certaines modifications du comportement de végétaux se produisent en réponse à certains sons[2].
Les plantes détectent leurs voisines via des signaux de communication connus (substances volatiles, modification de la luminosité perçues par des phytochromes, sensibilité de contact, signalisation par les racines[3],[4],[5]. Mais, probablement car les ondes sonores voyagent très bien dans le sol, et car elles peuvent être produites avec une dépense énergétique minimale, les plantes peuvent les utiliser le son comme moyen d'explorer et/ou d'interpréter leur environnement. Dans la sève qui monte dans les troncs des bulles de cavitations sont sources de bruit, et des études préliminaires montrent que les plantes créent des sons (une sorte de crépitement lent) à l'extrémité de leurs racines quand certaines parois cellulaires se brisent[6].
Les expérimentations montrent que les racines des plantes ne répondent qu'aux ondes sonores émises à des fréquences correspondant aux ondes qu'elles émettent elles-mêmes, on suppose qu'elles peuvent recevoir et transduire des vibrations sonores en signaux capales de provoquer des modifications comportementales, ce qui revient à leur reconnaitre une forme de communication souterraine[1].
Histoire
Alors que la bioacoustique étudie le monde animal très largement (oiseaux notamment) depuis plusieurs siècles, les végétaux ont été longtemps considérés comme sourd, muets, insensibles au bruit.
Les seules études bioacoustiques les impliquant ont longtemps porté sur les sons permettant d'identifier des insectes ravageurs dans les feuilles, tiges, fruits, troncs, branches ou grains, avec en 1909 une première description du bruit des termites rongeant le bois (Main, 1909).
Seuls quelques articles ont été écrit au début jusqu'aux années 1990 où le nombre d'article a bondi, (132 articles / brevets entre 1908 et jusqu'en 2011), généralement relatif à la détection de ravageurs agricoles sur des végétaux récoltée.
Dans les années 1970, on a soumis des plantes à un détecteur de mensonge et supposé qu'elles préféraient la musique classique au Rock, mais avec des résultats relevant plus de la légende urbaine que dans la littérature évaluée par des pairs.
Depuis le début des années 2000, un nombre croissant d'article a porté sur les interactions entre son et les plantes (près de 200 publications en une décennie).
L'Acoustical Society of America (ASA) dispose d'un comité technique de bioacoustique animale, mais d'aucun équivalent pour les plantes.
En mai 2018, une réunion exploratoire de l'ASA s'est consacrée à quatre sujets d'acoustique liée aux plantes.
- les plantes transmettent (mais en les déformant) les sons générés par les insectes ravageurs ou leurs larves. La sismologie des tiges étudie comment les sons et des sons parasites se dispersent dans l'organisme végétal.
- certaines plantes ont évolué pour réfléchir, conduire ou améliorer les sons de certains animaux, ce qui ouvre potentiellement de nouveaux champs d'études sur les interaction animal-végétal.
- des plantes peuvent générer des sons (par exemple lors de la photosynthèse ou en cas de stress d'évapotranspiration). L'acoustique passive (car non invasive) a donc un intérêt pour évaluer l'état physiologique d'arbres ou de certaines autres plantes.
- les plantes perçoivent certains stimuli méncano-acoustiques et y répondent bien qu'on ne leur ait pas identifié de système nerveux.
Ondes sonores « pollinisantes »
La pollinisation par le bzz (Buzz pollination pour les anglophones), ou sonication est l'un des premiers exemple découverts de réponse comportementale de certaines fleurs à des fréquences spécifiques de vibrations. Au cours de l'évolution, environ 2000 espèces de plantes, dont par exemple Dodecatheon et Heliamphora, ont évolué pour libérer du pollen (à partir des anthères) uniquement quand ces dernières vibrent à une certaine fréquence, qui est exclusivement celle des muscles du vol des apidés pollinisateur de la fleur (abeilles, bourdons). La vibration transmise par les ailes de l'insecte confèrent aux grains de pollen l'énergie cinétique qu'il leur faut pour être expulsé par le pores des anthères[7].
Une réaction d'un type proche a été mise en évidence chez l'Onagre Oenothera drummondii : sa fleur produit un nectar plus sucré dans les 3 minutes qui suivent l'exposition des anthères à la vibration crée par les battements d'ailes d'abeille (et aux sons de fréquences similaires)[8].
Une hypothèse explicative de ce type de comportement est que si la plante peut « détecter » la proximité d'un pollinisateur proche, il est très probable que d'autres pollinisateurs soient au moins momentanément également proches. En termes de coût/bénéfice et au regard de la sélection naturelle, produire un nectar plus sucré est alors optimal. Une autre hypothèse, n'excluant pas la précédente, est que la fleur pourrait servir d '«oreille» ou de guide d'onde amplifiant ou dirigeant cette vibration vers des mécanorécepteurs appropriés, sur les membranes plasmiques de certaines cellules qui détecteraient ainsi les vibrations mécaniques de l'air[8]. L'activation de ces mécanorécepteurs par des ondes sonores d'une certaine fréquence, provoquerait un flux de Ca2+ dans la cellule végétal, induisant sa dépolarisation[9], et par suite la libération d'de phytohormones et l'expression des gènes impliqués dans l'effet en aval. On sait qu'il existe un gène de type calmoduline codant pour un capteur du taux de Ca2+ [10]. Le taux de sucre dans le nectar augmente alors d'environ 20%, ce qui le rend nettement plus sucré que le nectar des fleurs exposées au silence ou à d'autres fréquences[8]. Un LDV (vibromètre laser Doppler) a montré que les fleurs réagissent en réponse à un signal sonore d'abeille mais aussi de papillon de nuit, ainsi qu'à certains basse fréquence, mais pas aux haute fréquence[8]. Les taux de sucre du nectar ont été mesurés avant et après que les plantes aient été exposées à des sons artificiels ; il n'augmente significativement que quand il s'agit de basses fréquences (du type de celles de battements d'ailes d'abeille)[8]. La fleur est bien l'organe détectant la vibration du pollinisateur, car quand elle est isolée dans un contenant de verre, alors que le reste de la plante était exposé à la vibration, le taux de sucre du nectar n'augmente pas significativement même après une exposition aux basses fréquences efficaces quand la fleur n'est pas phonétiquement isolée[8].
Si les pétales agissent comme antenne réceptrice (oreille) de la plante, il doit y avoir une sélection naturelle sur les paramètres morphologiques et mécaniques de la fleur car la fréquence de résonance dépend de la taille, de la forme et de la densité des tissus. En comparant les caractéristiques (traits mécaniques et morphologiques) des plantes en fonction de leurs pollinisateurs, on trouve effectivement un rapport entre les formes des fleurs avec des pollinisateurs « vibrants bruyamment ». Abeilles, bourdons, oiseaux (colibri) et papillons - les fleurs qu'ils pollinisent correspondent toutes à des fleurs en forme de bol ou tubulaires. L'observation de la couleur et de la forme d'une fleur nouvellement découverte pourrait ainsi donner des informations sur ses pollinisateurs probables[11]
Voir aussi
Bibliographie
- (en) Ewing A.W (1989), Arthropod bioacoustics: Neurobiology and behaviour. Edinburgh: Edinburgh Universitsy Press. (ISBN 0-7486-0148-1)
- (en) (en) Mickey Vallee, « The Science of Listening in Bioacoustics Research: Sensing the Animals' Sounds », Theory, Culture & Society, vol. 35, no 2, , p. 47–65 (ISSN 0263-2764 et 1460-3616, DOI 10.1177/0263276417727059, lire en ligne, consulté le )
Articles connexes
Liens externes
Notes et références
- Monica Gagliano, Stefano Mancuso et Daniel Robert, « Towards understanding plant bioacoustics », Trends in Plant Science, vol. 17, no 6, , p. 323–325 (ISSN 1878-4372, PMID 22445066, DOI 10.1016/j.tplants.2012.03.002, lire en ligne, consulté le )
- Monica Gagliano, Michael Renton, Nili Duvdevani et Matthew Timmins, « Out of sight but not out of mind: alternative means of communication in plants », PloS One, vol. 7, no 5, , e37382 (ISSN 1932-6203, PMID 22629387, PMCID 3358309, DOI 10.1371/journal.pone.0037382, lire en ligne, consulté le )
- null Pare et null Tumlinson, « Plant volatiles as a defense against insect herbivores », Plant Physiology, vol. 121, no 2, , p. 325–332 (ISSN 1532-2548, PMID 10517823, PMCID 1539229, lire en ligne, consulté le )
- H. Smith, « Phytochromes and light signal perception by plants--an emerging synthesis », Nature, vol. 407, no 6804, , p. 585–591 (ISSN 0028-0836, PMID 11034200, DOI 10.1038/35036500, lire en ligne, consulté le )
- Richard Karban et Kaori Shiojiri, « Self-recognition affects plant communication and defense », Ecology Letters, vol. 12, no 6, , p. 502–506 (ISSN 1461-0248, PMID 19392712, DOI 10.1111/j.1461-0248.2009.01313.x, lire en ligne, consulté le )
- Monica Gagliano, « Green symphonies: a call for studies on acoustic communication in plants », Behavioral Ecology: Official Journal of the International Society for Behavioral Ecology, vol. 24, no 4, , p. 789–796 (ISSN 1045-2249, PMID 23754865, PMCID 3677178, DOI 10.1093/beheco/ars206, lire en ligne, consulté le )
- S. L. Buchmann et J. P. Hurley, « A biophysical model for buzz pollination in angiosperms », Journal of Theoretical Biology, vol. 72, no 4, , p. 639–657 (ISSN 0022-5193, PMID 672247, DOI 10.1016/0022-5193(78)90277-1, lire en ligne, consulté le )
- (en) Marine Veits, Itzhak Khait, Uri Obolski et Eyal Zinger, « Flowers respond to pollinator sound within minutes by increasing nectar sugar concentration », biorxiv, Ecology, (DOI 10.1101/507319., lire en ligne, consulté le )
- H. M. Appel et R. B. Cocroft, « Plants respond to leaf vibrations caused by insect herbivore chewing », Oecologia, vol. 175, no 4, , p. 1257–1266 (ISSN 1432-1939, PMID 24985883, PMCID 4102826, DOI 10.1007/s00442-014-2995-6, lire en ligne, consulté le )
- Justin W. Walley, Sean Coughlan, Matthew E. Hudson et Michael F. Covington, « Mechanical stress induces biotic and abiotic stress responses via a novel cis-element », PLoS genetics, vol. 3, no 10, , p. 1800–1812 (ISSN 1553-7404, PMID 17953483, PMCID 2039767, DOI 10.1371/journal.pgen.0030172, lire en ligne, consulté le )
- « Pollinator Syndromes », sur www.fs.fed.us (consulté le )
