La loi de Baker et les plantes envahissantes : pourquoi les Asteraceae se reproduisent seules

Imaginez une seule graine qui tombe sur un bas-côté de route nu, à des centaines de kilomètres de l’endroit où la plante mère a poussé. À perte de vue, aucun autre individu de la même espèce.

Pour la plupart des plantes à fleurs, l’histoire s’arrête là. En général, une fleur a besoin du pollen d’un autre plant de la même espèce pour produire des graines ; un arrivant isolé n’a donc aucune chance.

Mais certaines plantes échappent à cette règle. Elles parviennent à former des graines avec leur propre pollen - et parfois même sans pollen - si bien qu’un seul survivant peut suffire à fonder toute une population.

Une nouvelle étude menée à Bengaluru apporte désormais des preuves solides : cette capacité ferait partie des caractéristiques qui distinguent un nouveau venu inoffensif d’une espèce capable d’envahir et de dominer.

Une seule plante, une population entière

Chez la majorité des plantes à fleurs, la reproduction repose sur une forme de « coopération » : le pollen est transporté d’un individu à l’autre.

Cette stratégie a une raison d’être. Les échanges de pollen entretiennent la diversité génétique, ce qui favorise souvent une descendance plus robuste.

À l’inverse, un groupe plus restreint d’espèces peut se débrouiller seul. Elles produisent des graines grâce à leur propre pollen, ou parfois sans aucune fécondation, ce qui permet à une plante isolée d’installer une colonie loin de son aire d’origine.

Une règle appelée loi de Baker

L’idée ne date pas d’hier. Au milieu du XXe siècle, le biologiste Herbert Baker avançait que les plantes capables de se reproduire sans partenaire devaient, en principe, mieux réussir en tant qu’espèces envahissantes.

Son argument tient bien : si une seule graine égarée peut suffire à construire une population, les espèces autocompatibles disposent d’une avance réelle dès qu’elles atteignent un nouveau milieu.

Pendant des décennies, cette hypothèse est restée surtout théorique, faute de preuves faciles à obtenir sur le terrain. Évaluer les modes de reproduction de dizaines d’espèces végétales exige un travail long et minutieux.

Mettre l’hypothèse à l’épreuve chez les « marguerites »

Pour tester la loi de Baker, deux chercheurs de l’Institut indien des sciences (IISc) se sont tournés vers la famille des « marguerites », connue des botanistes sous le nom Asteraceae.

Saskya van Nouhuys, professeure associée au Centre des sciences écologiques (CES), a travaillé avec Narashiman Nagendra Rao, ancien étudiant en master dans son laboratoire.

Les astéracées constituent un terrain d’étude idéal : c’est l’une des plus grandes familles de plantes au monde, et elle rassemble certaines des mauvaises herbes les plus redoutées de la planète.

Au total, l’équipe a retenu 28 espèces. Onze étaient déjà reconnues comme envahissantes.

Huit autres étaient des espèces exotiques introduites mais restées « sages ». Les neuf dernières étaient des espèces indigènes présentes de longue date dans la région.

Suivre la croissance de centaines de plantes

Le travail de terrain s’est étalé sur une année complète. Les chercheurs ont collecté des plantes dans des milieux dégradés et perturbés - bords de routes, terrains vagues - à travers le Karnataka et le Tamil Nadu.

Des graines et des boutures provenant d’au moins cinq individus par espèce ont été cultivées sur le campus.

Certaines espèces indigènes se sont montrées trop difficiles à faire pousser dans ces conditions ; celles-ci ont donc été observées directement dans la nature.

À la fin du projet, environ 900 plantes avaient été examinées.

Ce qu’ont révélé les microscopes

Vint ensuite l’épreuve décisive. Les scientifiques ont comparé des fleurs laissées en autopollinisation à des fleurs pollinisées de manière « classique », puis ils ont vérifié quelles graines étaient suffisamment viables pour germer.

La microscopie à fluorescence leur a permis d’aller plus loin.

Les chercheurs pouvaient déterminer si une graine s’était formée par autofécondation ou par apomixie - un mode de production de graines qui contourne totalement la fécondation.

La différence est plus importante qu’il n’y paraît. Une graine produite sans aucun pollen porte une copie exacte de l’unique parent, ce qui permet à une plante de cloner une population de manière presque illimitée.

Avec ces observations, chaque espèce a pu être classée selon sa stratégie reproductive.

Toutes les espèces envahissantes se reproduisaient seules

Le motif ressortait immédiatement : les 11 espèces envahissantes étaient toutes capables de se reproduire sans partenaire.

À l’inverse, la plupart des espèces indigènes et des exotiques non envahissantes ne le pouvaient pas. Elles restaient auto-incompatibles, dépendant encore du pollen d’un autre individu pour produire des graines.

« La reproduction uniparentale est un trait conceptuellement simple. Il a été passionnant de voir des preuves aussi nettes de son avantage pour les espèces envahissantes », a déclaré la professeure van Nouhuys.

Deux plantes envahissantes ont changé de mode de reproduction

Deux espèces ont rendu le constat encore plus frappant. Ageratum conyzoides et Bidens pilosa figurent parmi les mauvaises herbes les plus agressives du groupe.

Dans leur aire d’origine au Mexique, toutes deux sont en grande partie auto-incompatibles et s’appuient sur d’autres plants pour obtenir du pollen. En Inde, où elles sont étrangères, elles ont évolué vers une reproduction entièrement autonome.

C’est ce parallèle qui rend l’argument si convaincant : une même espèce, deux continents, et des comportements opposés selon qu’elle est « chez elle » ou en situation de colonisation.

Une évolution au cours de l’invasion

Ce changement est précisément ce qui a surpris l’équipe. Il indique que, lors de leur expansion en Inde, les individus capables d’autofécondation ont été ceux qui s’en sont le mieux sortis.

« Avant nos expériences, l’idée que des stratégies de reproduction puissent changer au cours d’une invasion me semblait très tirée par les cheveux, et je pensais que les preuves antérieures de tels changements étaient très rares », a déclaré Narashiman.

« Les résultats de nos expériences et ceux de nos collaborateurs m’ont totalement stupéfié. »

De meilleurs outils pour prédire les espèces envahissantes

Cette découverte a aussi une portée pratique. Les programmes qui évaluent le risque d’invasion des plantes introduites prennent généralement en compte des facteurs comme la vitesse de croissance ou l’adéquation au climat.

Selon les chercheurs, la stratégie reproductive devrait elle aussi figurer dans cette liste. Savoir si une plante peut se reproduire seule aiderait à repérer un futur envahisseur sérieux avant même qu’il ne s’installe.

L’enjeu grandit d’année en année. À mesure que le commerce et les déplacements transportent des plantes aux quatre coins du monde, la liste des envahisseurs potentiels continue de s’allonger.

Les plantes envahissantes transforment les écosystèmes

Les conséquences dépassent largement une seule mauvaise herbe sur un bas-côté. Lorsqu’une espèce envahissante s’implante durablement, les plantes déjà présentes perdent souvent du terrain.

Les effets se propagent ensuite. Les insectes qui dépendaient de ces plantes manquent de nourriture, puis les oiseaux situés plus haut dans la chaîne en subissent aussi l’impact.

« Les espèces envahissantes sont dites envahissantes pour une raison », a déclaré la professeure van Nouhuys.

« Elles s’établissent puis prospèrent dans un nouvel endroit. Quand cela arrive, les espèces en place déclinent ou disparaissent complètement, ce qui transforme tout le paysage. »

En fin de compte, une seule graine tombée au bord d’une autoroute peut marquer le premier geste d’un bouleversement bien plus vaste.