Nous pensons généralement aux plantes qui se pavanent au-dessus du sol :des fleurs voyantes, des fleurs parfumées et des formes uniques abondent. Mais leur développement souterrain est tout aussi magique.

« Au cours des 400 derniers millions d'années, depuis que les plantes ont colonisé la terre, les racines ont été le véritable moteur du cycle des nutriments terrestres », s'émerveille Mingzhen Lu, boursier SFI Omidyar, auteur principal d'une nouvelle étude publiée dans Proceedings of the National Academy of Sciences . "Les racines sont le fondement de la biodiversité."

Dans l'étude, Lu et son équipe de collaborateurs internationaux, qui comprenait les scientifiques réputés William Bond (Université du Cap) et Lars Hedin (Université de Princeton), ont creusé profondément pour mieux comprendre l'un des systèmes racinaires les plus extraordinaires au monde.

Les chercheurs ont mené une expérience manipulée de quatre ans pour explorer la division nette entre les biomes de la forêt Fynbos et afrotempérée dans le cap occidental de l'Afrique du Sud. Fynbos, un biome arbustif avec une énorme diversité végétale, jouxte la forêt afro-tempérée, une forêt dominée par un petit nombre d'espèces d'arbres. La limite inhabituelle du biome est si étroite qu'en quelques pas, on passe d'un arbuste chaud et ouvert à l'ombre fraîche et moussue de la forêt.

La délimitation nette est rendue encore plus distincte parce que les deux biomes partagent une géologie sous-jacente et sont soumis aux mêmes modèles climatiques - ils existent en tant qu'états stables alternatifs. Face à des perturbations extrêmes, les biomes pourraient potentiellement se déplacer pour refléter les communautés végétales voisines.

"Certains systèmes peuvent exister dans différents états, comme l'eau et la glace", explique Hedin. "Cela les rend particulièrement intéressants en tant que modèles de changement radical, car ils peuvent passer d'un état à un autre, ce qui est particulièrement urgent dans un monde stressé par le changement climatique."

Dans ce contexte, l'étude a révélé deux résultats importants. Premièrement, les forêts de Fynbos et Afrotempérées présentaient des différences marquées dans leurs traits racinaires. Deuxièmement, ces différences racinaires permettent à la communauté végétale du Fynbos de dissuader les arbres en limitant la disponibilité souterraine des nutriments. Plus précisément, les plantes Fynbos repoussent l'invasion avec les racines les plus fines jamais identifiées.

"Nous avons constaté que dans tous les écosystèmes du monde, ces racines sont les plus minces de toutes", explique Lu. "Pour chaque gramme de carbone, soit le poids d'un trombone, ces plantes produisent des racines d'une longueur de 15 terrains de football."

Les racines filandreuses permettent aux espèces de Fynbos de surpasser les plantes aux racines plus épaisses dans les sols pauvres en nutriments.

"Les fines racines de Fynbos sont l'arme souterraine créant des conditions misérables pour les plantes forestières exigeantes en nutriments", déclare Bond. "Nous voyons maintenant que ce ne sont pas les propriétés intrinsèques du sol, mais les rétroactions des plantes sur le sol, qui créent la misère pour les jeunes arbres forestiers."

Pour aggraver la "misère nutritionnelle", comme le décrivent les auteurs, le biome du Fynbos est sujet à des incendies fréquents et chauds qui brûlent les nutriments accumulés dans le sol. La stratégie souterraine de stockage des nutriments combinée à une adaptation collective au feu permet à la communauté végétale du Fynbos de favoriser sa propre persistance en modifiant son environnement. De l'autre côté de la ligne de partage des biomes, la forêt fait la même chose.

Les résultats suggèrent que des états stables alternatifs peuvent être maintenus par des mécanismes biotiques, tels que les traits racinaires, en plus des facteurs abiotiques communément compris comme le climat. Cette information est essentielle à la conservation des écosystèmes menacés dans le monde entier.

"Il est profond de voir des caractéristiques végétales à l'échelle microscopique, comme l'épaisseur des racines, liées à des modèles d'écosystèmes émergents à l'échelle macroscopique", déclare Lu.

« Qui aurait pensé que ce sont les racines qui aident à expliquer cette bi-stabilité ? demande Hedin. "C'est impressionnant."