Un “halo bleu” dans les pétales de fleur pour attirer les pollinisateurs
Français
Les chercheurs rapportent la découverte d’un halo bleu, basé sur des nanostructures très irrégulières, que les fleurs utilisent pour attirer les pollinisateurs comme les bourdons ou les abeilles. C’est un bon phénomène qu’on connait comme l’évolution convergente.
Suivez-nous sur notre page Facebook et notre canal Telegram
Des recherches révèlent que plusieurs espèces florales communes ont des arêtes nanométriques à la surface de leurs pétales qui se mélangent à la lumière quand on les regarde sous certains angles. Ces nanostructures diffusent des particules de lumière dans le spectre bleu à ultraviolet en générant un effet subtil que les scientifiques ont surnommé comme le halo bleu.
En fabriquant des surfaces artificielles qui reproduisaient des halos bleus, les scientifiques ont pu tester l’effet sur les pollinisateurs, en l’occurrence les bourdons en quête de nourriture. Ils ont constaté que les bourdons peuvent voir le halo bleu et l’utiliser comme un signal pour localiser plus efficacement les fleurs.
Même si les crêtes et les rainures d’une surface de pétales s’alignent les unes à côté des autres comme un paquet de spaghettis secs, les chercheurs ont découvert que ces stries variaient considérablement en hauteur, en largeur et en espacement en produisant un effet de halo. En fait, même sur un seul pétale, ces structures, qui manipulaient la lumière, se sont révélées étonnamment irrégulières. C’est un phénomène que les physiciens décrivent comme un désordre (entropie).
Ursinia speciosa est un membre de la famille des marguerites. La région à la base des pétales contient un pigment sombre, mais qui semble bleu grâce à des nanostructures désordonnées sur la surface de la cellule – Crédit : Edwige Moyroud
Les chercheurs concluent que ces nanostructures désordonnées de pétales ont vraisemblablement évolué indépendamment plusieurs fois à travers les espèces de plantes à fleurs, mais elles ont atteint le même résultat lumineux qui augmente la visibilité des pollinisateurs un exemple de ce qu’on appelle l’évolution convergente.
L’étude a été menée par une équipe multidisciplinaire de scientifiques des départements de phytologie, de chimie et de physique de l’Université de Cambridge ainsi que des collègues des Royal Botanic Gardens de Kew et de l’Institut Adolphe Merkele en Suisse. Les résultats sont publiés aujourd’hui dans la revue Nature.1
Nous avions toujours supposé que le désordre que nous observions dans nos surfaces de pétales était juste un sous-produit accidentel de l’évolution selon l’auteur principal Beverley Glover, phytotechnicien et directeur du Botanic Garden de Cambridge. C’est une véritable surprise de découvrir que le désordre lui-même est la source du signal optique qui permet aux abeilles de trouver plus efficacement les fleurs.
Une vue rapprochée (vue d’en haut) des stries microscopiques qu’on trouve sur la surface du pigment sombre des pétales d’Ursinia speciosa. Image d’une microscopie électronique – Crédit : Tobias Wenzel
En tant que biologiste, on a tendance à s’excuser du désordre qu’on trouve dans les organismes vivants. Mais le désordre que nous voyons dans les nanostructures de pétales semble avoir été exploité par l’évolution afin d’aider dans la communication florale avec les abeilles selon Glover.
Toutes les plantes à fleurs appartiennent à la lignée des angiospermes. Les chercheurs ont analysé certaines des premières plantes divergentes de ce groupe et ils n’ont trouvé aucune crête de pétales produisant des halos. Mais ils ont trouvé plusieurs exemples de pétales, produisant des halos, parmi les 2 principaux groupes de fleurs (monocotylédones et Dicotylédones vraies) qui sont apparus au Crétacé il y a plus de 100 millions d’années et cela coïncide avec l’évolution précoce des insectes visitant les fleurs, notamment la succion du nectar par les abeilles.
Nos résultats suggèrent que les crêtes de pétales, qui produisent des halos bleus, ont évolué à plusieurs reprises à travers différentes lignées de fleurs en convergeant sur ce signal optique pour les pollinisateurs selon Glover. Parmi les espèces dont les pétales produisant des halos, on peut citer Oenothera stricta (une espèce d’onagre), Ursinia speciosa (un membre de la famille des marguerites) et Hibiscus trionum (Fleur d’une heure). Toutes les fleurs analysées ont révélé des niveaux significatifs de désordre apparent dans les dimensions et l’espacement de leurs nanostructures de pétales.
La grande variété d’anatomies des pétales, combinée aux nanostructures désordonnées, suggère que ces différentes fleurs devaient avoir des propriétés optiques différentes selon le Dr Silvia Vignolini du département de chimie de Cambridge. Mais nous avons observé que toutes ces structures de pétales produisent un effet visuel similaire dans la longueur d’onde bleu-ultraviolet du spectre.
Une vue rapprochée (de coté) des stries microscopiques qu’on trouve dans la surface d’un pigement sombre des pétales d’Ursinia speciosa. Ce sont des nanostructures qui déforment les particules de lumière pour créer le halo bleu – Crédit : Tobias Wenzel
Des études précédentes ont montré que de nombreuses espèces d’abeilles ont une préférence innée pour les couleurs dans la gamme violet-bleu. Mais les plantes n’ont pas toujours les moyens de produire des pigments bleus. De nombreuses fleurs ne possèdent pas la capacité génétique et biochimique pour manipuler la chimie du pigment dans le spectre bleu à ultraviolet selon Vignolini. La présence de ces structures photoniques désordonnées sur leurs pétales fournit un moyen alternatif pour produire des signaux qui attirent les insectes.
Les chercheurs ont recréé artificiellement des nanostructures à halo bleu et ils les ont utilisées comme des surfaces de fleurs artificielles. Dans une arène de vol dans un laboratoire de Cambridge, ils ont testé comment les bourdons réagissaient aux surfaces avec ou sans halos. Leurs expériences ont montré que les abeilles peuvent percevoir la différence en découvrant plus rapidement les surfaces avec des halos même lorsque les 2 types de surfaces étaient colorés avec le même pigment noir ou jaune.
En utilisant une solution sucrée (comme une récompense) dans un type de fleur artificielle et une solution amère de quinine dans l’autre, les scientifiques ont découvert que les abeilles pouvaient utiliser le halo bleu pour déterminer le type de surface qui avait la récompense.
Les systèmes visuels des insectes sont différents des humains selon Edwige Moyroud du département des sciences végétales de Cambridge et auteur principal de l’étude. Contrairement à nous, les abeilles ont amélioré l’activité des photorécepteurs dans les parties bleu-UV du spectre. Les humains peuvent identifier des halos bleus qui émanent de fleurs sombres. Par exemple, le cultivar des tulipes noires qu’on connait comme la Reine de la nuit. Mais nous ne pouvons pas distinguer entre une fleur jaune avec un halo bleu et une autre fleur sans ce halo, mais notre étude révèlent que les pollinisateurs peuvent faire cette différence.
L’équipe affirme que les découvertes ouvrent de nouvelles opportunités pour le développement de surfaces qui sont très visibles pour les pollinisateurs tout en explorant comment les plantes vivantes contrôlent les niveaux de désordre sur leurs surfaces de pétales.
