Les clés de la survie dans l'extrême aridité

Des scientifiques ont percé les secrets de l’adaptation des plantes du désert de l’Atacama à ce milieu si inhospitalier.

De Marie-Amélie Carpio, National Geographic
Publication 29 juil. 2022, 10:30 CEST
La Puna offre la plus grande diversité dans le transect altitudinal étudiée par l’équipe des chercheurs ...

La Puna offre la plus grande diversité dans le transect altitudinal étudiée par l’équipe des chercheurs sur les pentes occidentales des Andes. C'est un endroit avec un compromis entre une certaine disponibilité en eau et des températures pas si basses (à environ 3.600 m d'altitude).

 

PHOTOGRAPHIE DE Rodrigo A. Gutierrez

Tout tient en un chiffre : 31 millimètres de précipitations moyennes par an. S'étalant entre l'océan Pacifique et la cordillère des Andes, dans le nord du Chili, le désert d’Atacama est considéré comme l’endroit le plus aride sur Terre en dehors des déserts polaires. À ces pluies si infimes qu’elles sont presque inexistantes s’ajoutent le rayonnement ultraviolet le plus élevé de la planète et un sol marqué par une très grande pauvreté en nutriments. Soit l’équation d’un milieu particulièrement hostile à la vie. Si extrême que les agences spatiales ont fait des lieux une zone de simulation pour les futures missions sur Mars.

En dépit de conditions environnementales si peu propices, des dizaines d’espèces de plantes peuplent ces immensités inhospitalières. Une équipe internationale de chercheurs s'est penchée sur les secrets de leur survie. Avec à la clé, l'espoir que leurs stratégies d'adaptation puissent fournir des pistes pour rendre les cultures plus résistantes à l'aridité qui gagne du terrain dans le monde avec le réchauffement climatique.

Leurs travaux ont été publiés dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences. Menés sur une décennie, ils se sont focalisés sur 32 plantes parmi les plus abondantes et résistantes du désert d'Atacama, récoltées à diverses altitudes, ainsi que sur l'étude des microbes du sol. Conclusions : adaptations génétiques et associations avec des bactéries sont les clés de la résilience de la végétation locale.

Gauche: Supérieur:

Tagetes multiflora poussant sur des Maihueniopsis camachoi (famille des cactées).

PHOTOGRAPHIE DE Rodrigo A. Gutierrez
Droite: Fond:

La haute steppe (4.400 mètres au-dessus du niveau de la mer) est dominée par des herbes pérennes telles que Calamagrostis, Jarava et Festuca (fétuque).

PHOTOGRAPHIE DE Rodrigo A. Gutierrez

Pour identifier ces adaptations, les scientifiques ont séquencé le transcriptome, l'ensemble des ARN issu de la transcription du génome des plantes. Ils ont ensuite comparé ces séquences à celles d'autres espèces végétales sœurs ou particulièrement proches à travers la planète, pour repérer les trajectoires spécifiques empruntées par les végétaux de l'Atacama au fil de leur évolution.

« Nous avons identifié 265 familles de gènes ayant subi une sélection positive chez les espèces de l’Atacama, explique Rodrigo Guttierez, chercheur au département de génétique moléculaire et de microbiologie de l’université pontificale catholique du Chili. Ces familles incluent des gènes impliqués dans la capture d’eau et de nutriments, l’interaction avec les microbes, le développement racinaire, la photosynthèse et le déclenchement de la floraison, entre autres processus. »

Les stratégies d’adaptation des plantes de l’Atacama ne s’arrêtent pas à ces mutations génétiques. Les chercheurs ont découvert que les végétaux bénéficient aussi de leur association avec des micro-organismes présents dans le sol. L’analyse d’échantillons de terre entourant leurs racines, comparés à des prélèvements dans des sols vierges à proximité, a révélé la présence d’au moins deux fois plus de bactéries près de leurs systèmes racinaires. Un cocktail contenant des micro-organismes connus pour favoriser la croissance des plantes.

Une encelia canescens près du lac salé d'Atacama.

PHOTOGRAPHIE DE Dr. Claudio Latorre

Parmi les bactéries identifiées, certaines contribuent à la fixation de l’azote, d’autres concourent à la protection contre les agents pathogènes ; d’autres encore favorisent la résistance à la sécheresse ou encore la production d’hormones végétales. Les plantes de l’Atacama recrutent donc des bactéries bénéfiques pour les aider à prospérer dans cet environnement particulièrement ingrat. « Nous ignorons encore si ces relations relèvent de la symbiose (une association mutuellement bénéfique, ndlr) ou d’autres formes d’interactions, note Rodrigo Guttierez.

D’après les systèmes existants, les plantes et les bactéries jouent un rôle complémentaire les unes vis à vis des autres. Par exemple, les bactéries vont pouvoir fixer l’azote, ce que les plantes sont incapables de faire, et ces dernières fournir le carbone nécessaire à la croissance des premières. Un mécanisme particulièrement utile dans les sols pauvres en matière organique comme ceux du désert de l’Atacama. »

Outre une meilleure connaissance de ce milieu unique, ces travaux pourraient avoir des applications concrètes dans un futur proche, permettant de développer des cultures plus résistantes au réchauffement climatique. « Cette étude, qui caractérise les espèces les plus importantes de tout un écosystème extrême, fournit des informations inédites sur les mécanismes d’adaptation des gènes. Je suis convaincu qu’il s’agit d’une mine d’or génétique, qui deviendra aussi précieuse que les minerais que nous extrayons aujourd’hui de l’Atacama, conclut le chercheur.

Ces plantes semblent différentes de celles que nous achetons au supermarché et que nous consommons. Mais elle sont de proches parents des espèces que nous cultivons, tel Solanum chilense, une plante de la même famille que la tomate. Certaines des familles de gènes que nous avons identifiées pourraient être ciblées pour améliorer la résistance des cultures existantes. » Prochaine volet des recherches, étudier des familles de gènes aux fonctions encore méconnues, qui pourraient être impliquées dans la tolérance des plantes à un stress environnemental extrême.

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