Après une étude approfondie des plantes à travers les États-Unis, les chercheurs sont arrivés à la conclusion inattendue que les plantes capables de fixer l'azote atmosphérique sont les plus diversifiées dans les régions arides du pays. Cette découverte va à l'encontre de l'hypothèse dominante selon laquelle les fixateurs d'azote devraient être relativement plus diversifiés dans les environnements où l'azote dans le sol est en quantité limitée.

Les résultats ont été particulièrement surprenants étant donné que les fixateurs d'azote n'ont pas les caractéristiques souvent associées aux sols secs, comme les tiges épaisses des cactus qui stockent l'eau. "À première vue, les fixateurs d'azote ne semblent pas nécessairement adaptés aux écosystèmes arides", a déclaré l'auteur principal Joshua Doby, doctorant au département de biologie de l'Université de Floride.

La raison de ce schéma inattendu n'était pas immédiatement claire, mais Doby soupçonne qu'il est lié à la façon dont les fixateurs et les non fixateurs d'azote utilisent l'élément.

Les plantes font preuve de créativité pour acquérir de l'azote

Les plantes incorporent de l'azote dans presque toutes les structures et réactions qui ont lieu dans leurs cellules. Sans cela, ils seraient incapables de produire des protéines, de créer des enzymes ou même de réaliser la photosynthèse. Avec une telle demande d'azote, c'est souvent l'une des principales limites à la croissance des plantes :il n'y en a tout simplement pas assez pour tout le monde.

Pour compenser cette pénurie, les plantes ont développé à plusieurs reprises des moyens innovants pour extraire autant d'azote que possible de leur environnement. Les pièges à mouches de Vénus et les droseras collants ont développé des structures pour voler l'azote des insectes, les mousses de fumier poussent exclusivement sur les excréments d'animaux, et les feuilles modifiées de certaines sarracénies fournissent un refuge aux chauves-souris perchées en échange des excréments riches en azote qu'elles laissent derrière elles. P>

Alors que l'azote peut être difficile à trouver dans les sols, il y a un approvisionnement presque infini suspendu juste hors de portée. L'azote gazeux représente environ 78 % de l'atmosphère terrestre, mais comme quelqu'un qui meurt de soif en se perdant en mer, les plantes sont totalement incapables de l'absorber.

Les bactéries, quant à elles, ont maîtrisé l'astuce consistant à fixer l'azote atmosphérique à plusieurs reprises. Une alliance fortuite entre une telle bactérie et une plante a conduit à l'une des plus importantes radiations botaniques sur Terre, donnant naissance à la famille des haricots, qui compte aujourd'hui plus de 18 000 espèces. Les racines de nombreux plants de haricots produisent des nodules creux qui favorisent la croissance bactérienne. Les plantes pompent ces antichambres remplies de sucre pour nourrir leurs partenaires bactériens et extraire l'azote qu'elles rejettent sous forme de déchet.

Les botanistes ont émis l'hypothèse pendant des décennies que les plantes abritant des bactéries fixatrices d'azote devraient être plus diversifiées dans des écosystèmes comme les savanes et les prairies. Des incendies de forêt balayent régulièrement ces environnements, transformant les arbres et les arbustes remplis de nutriments en fumée et en cendres qui sont emportées. Tous les éléments nutritifs qui restent dans le sol après un incendie peuvent glisser sous la portée des racines lorsqu'il pleut, avant que les plantes en germination n'aient la possibilité de les absorber.

La fixation de l'azote a préparé les plantes pour une planète plus fraîche et plus sèche

Des chercheurs du Florida Museum of Natural History, de la Louisiana State University et de la Mississippi State University ont cherché à déterminer quels facteurs environnementaux jouaient le plus grand rôle dans la formation des communautés végétales fixatrices d'azote aux États-Unis. À l'aide des données du National Ecological Observatory Network (NEON), ils ont analysé les enregistrements d'espèces indigènes et envahissantes de plus de 40 sites à travers les États-Unis, y compris Porto Rico.

Selon leurs résultats, le nombre de fixateurs d'azote a augmenté dans les environnements pauvres en azote et diminué dans les habitats de plus en plus secs, comme prévu. Les environnements arides abritent généralement moins d'espèces végétales que ceux qui reçoivent plus de précipitations, et les fixateurs d'azote ne font pas exception à cette règle.

La surprise est venue lorsque les chercheurs se sont penchés spécifiquement sur la diversité des fixateurs d'azote natifs. Bien qu'il y ait moins d'espèces présentes, la diversité des fixateurs d'azote indigènes a fortement augmenté dans les régions arides, quelle que soit la quantité d'azote disponible dans le sol.

La différence entre le nombre d'espèces - appelée richesse spécifique - et la diversité est similaire au choix d'une palette de couleurs. Une palette de 16 nuances de bleu contient plus de nuances qu'une palette de huit couleurs complémentaires; cependant, la deuxième palette contient une plus grande variété de couleurs et couvre un spectre plus large de lumière visible.

Il existe des milliers d'espèces de plantes à fleurs qui abritent des bactéries fixatrices d'azote, et souvent des individus qui ne sont que de loin apparentés les uns aux autres poussent côte à côte dans les déserts et les plaines de broussailles. Ceux-ci incluent des exemples familiers, tels que les mesquites et les aulnes.

Alors que les plantes qui aiment la sécheresse comme les cactus ont développé une litanie de traits qui leur permettent de prospérer dans les déserts, Doby pense que les plantes avec une riche réserve d'azote ont un avantage intrinsèque. "Ce n'est pas nécessairement parce que l'aridité est le moteur de la diversité", a-t-il déclaré. "Les plantes qui ont plus d'azote ont des cuticules plus épaisses, ce qui les rend résistantes à la perte d'eau."

La plupart des lignées de plantes fixatrices d'azote ont vu le jour au Crétacé, lorsque les dinosaures étaient encore là et que les températures étaient plus élevées qu'elles ne le sont aujourd'hui. Au cours des 50 derniers millions d'années, le climat de la Terre s'est progressivement refroidi et asséché, provoquant la formation de vastes prairies et de vastes déserts. Les plantes qui ne pouvaient pas le couper dans ces nouveaux environnements ont été progressivement éliminées, explique Doby, tandis que de nombreux fixateurs d'azote bien adaptés à ce nouveau monde se sont diversifiés dans les paysages libérés.

"Cette étude nous donne une très bonne idée de la raison pour laquelle les communautés végétales sont ce qu'elles sont aujourd'hui", a déclaré Doby, ajoutant qu'il craignait que les conditions qui soutiennent diverses flores dans les régions arides ne durent plus longtemps. "Alors que les choses deviennent plus humides et plus chaudes en raison du changement climatique, les caractéristiques qui ont rendu ces plantes bien adaptées et diversifiées ne seront plus très bénéfiques. De nombreuses communautés végétales uniques que nous avons aujourd'hui seront menacées dans à long terme."

La recherche a été publiée dans Global Ecology and Biogeography . + Explorer plus loin

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