Marie Rousseau
Des chercheurs du jardin botanique de l’université d’Oxford et du Mathematical Institute ont montré que la forme, la taille et la géométrie des sarracénies carnivores déterminent le sort de proies qu’elles piègent. Les résultats ont été publiés aujourd’hui dans les Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS).
Les sarracénies (genre Nepenthes) sont un style de plante carnivore que l’on trouve sous les tropiques, notamment en Asie du Sud-Est. Leur nom fait référence aux buildings creuses en forme de coupe qu’ils produisent pour capturer des proies animales (généralement des insectes). Les plantes à pichet se présentent dans une énorme variété de formes et de tailles, des tubes aux gobelets, certaines même avec des « dents » en forme de colonne vertébrale – mais la raison pour laquelle elles diffèrent si nettement est un mystère.
«J’ai découvert ces plantes extraordinaires pour la première fois à l’état sauvage en Asie du Sud-Est il y a près de vingt ans.» se souvient le Dr Chris Thorogood, botaniste et directeur adjoint du jardin botanique d’Oxford. « Je me souviens m’être demandé : remark et pourquoi varient-ils autant ? Avoir contribué à résoudre ce mystère est vraiment passionnant.
Le mécanisme par lequel les sarracénies capturent leurs proies est bien connu : chaque sarrasin est doté d’un bord glissant au sommet, appelé péristome, recouvert de crêtes qui recueillent une pellicule d’eau. Cela fait déraper la proie et tombe dans une mare de sucs digestifs au fond du pichet, semblable à l’aquaplaning d’une voiture sur l’eau. Mais bien que ce processus soit commun à toutes les plantes à pichet, la forme du bord va de simples cylindres à des structures très ornées, cannelées ou dentées. Moreover le rebord est somptueux, additionally le coût de creation est élevé : alors pourquoi toutes les usines de pichet ne produisent-elles pas simplement une framework simple ?
Pour répondre à cette question, l’équipe a appliqué des modèles mathématiques à des plantes cultivées au Jardin Botanique, afin de voir quel effet la forme du bord a sur la seize des proies. Les formes ont été classées en quatre groupes qui existent dans la character et peuvent être facilement comparées à l’aide de reconstructions mathématiques. Les efficacités de seize hypothétiques ont été mesurées pour chaque forme à l’aide d’une « masse ponctuelle » – l’équivalent d’un insecte glissant dans le piège. Le coût énergétique de output de la jante a ensuite été calculé en examinant la superficie relative et la pente des différentes buildings.
Derek Moulton, professeur de mathématiques appliquées à l’Institut mathématique de l’université d’Oxford, a expliqué : « Les reconstructions mathématiques nous permettent d’explorer les compromis qui existent dans la character de ces plantes. Les grands rebords évasés sont coûteux à produire pour une usine. En simulant à la fois des péristomes réalistes et des variations extrêmes – des géométries qui n’existent pas dans la mother nature – nous avons pu montrer que dans une composition optimale, le coût de manufacturing pourrait être compensé par les proies supplémentaires pouvant être capturées.
«Une scenario similaire existe en ce qui concerne la taille des pièges», a ajouté le Dr Hadrien Oliveri, chercheur postdoctoral à l’Institut mathématique de l’Université d’Oxford. “Nous pourrions nous attendre à ce que la taille du bord soit en corrélation avec les proies les as well as couramment disponibles dans un habitat donné – qu’il s’agisse de fourmis ou de coléoptères, par exemple.”
Pour étudier l’impact de la taille du piège, l’équipe a développé un modèle mathématique pour relier les géométries 3D des bordures des plantes à la mécanique physique de la capture des proies. Le modèle incorporait des caractéristiques géométriques des bords, notamment la largeur, le degré d’évasement et l’orientation, ainsi que la stabilité et la path de glissement des proies placées à différents points.
Les résultats suggèrent que les variations de la géométrie des péristomes avaient un effet profond sur ce que la plante pouvait capturer. Par exemple, la géométrie des péristomes très évasés semble particulièrement adaptée à la capture d’insectes marcheurs tels que les fourmis.
Dans la character, les sarracénies se trouvent dans des environnements pauvres en azote, tels que les pentes des montagnes, les marécages et les forêts tropicales. Cela signifie que leur capacité à capter l’azote des insectes piégés leur donne un avantage sur les plantes non carnivores. Chacun de ces habitats possède une combinaison exclusive de proies potentielles, ce qui soulève la possibilité que les sarracénies aient développé une variété de pièges pour exploiter les différents kinds d’insectes disponibles dans un endroit donné.
“Tout comme le bec des oiseaux a une forme différente pour se nourrir de noix, de graines, d’insectes, and so forth.”, a expliqué le Dr Thorogood, “ces sarracénies sont bien adaptées aux différentes formes de proies qui existent dans leur environnement.”
Mais malgré l’attrait populaire de ces « prédateurs verts », les étudier dans la mother nature peut s’avérer difficile. Par conséquent, les approches mathématiques peuvent être un moyen puissant de mettre en lumière ces curiosités botaniques.
« Observer ces plantes dans leur milieu naturel est bien sûr le meilleur moyen de les comprendre. Mais bon nombre de ces plantes poussent dans des endroits éloignés et inhospitaliers, et les étudier dans la nature peut donc s’avérer difficile», a déclaré le Dr Thorogood.
“Travailler ensemble est un moyen puissant pour les mathématiciens et les biologistes de comprendre comment et pourquoi des organismes aussi extraordinaires ont évolué, et de proposer de nouvelles hypothèses”, a déclaré Alain Goriely, professeur de modélisation mathématique à l’Institut mathématique. “La modélisation mathématique nous permet de les tester.”
L’équipe prévoit de poursuivre ses travaux sur les sarracénies et d’autres plantes cultivées au Jardin botanique, une bibliothèque vivante que les scientifiques peuvent explorer.
