Pourquoi existe‑t‑il autant de cactus ? La clé de ce mystère ancien serait dans leurs fleurs

Il y a beaucoup d’espèces différentes de cactus : les cactus, champions de la lenteur de croissance, comptent parmi les groupes de plantes se diversifiant le plus vite au monde. Pourquoi certaines familles de plantes évoluent-elles rapidement quand d’autres, au contraire, stagnent ? Même Darwin s’est, en son temps, cassé les dents sur ce mystère. Une étude s’est intéressée aux fleurs de cactus, qui pourraient détenir la clé de l’explication.

La question de savoir pourquoi certaines branches du vivant se diversifient en milliers d’espèces, tandis que d’autres restent peu ramifiées, a façonné la biologie évolutive depuis Charles Darwin.

Mon collègue et moi avons publié une nouvelle étude sur les fleurs de cactus qui pourrait aider à élucider ce mystère ancien.

Depuis plus d’un siècle, les scientifiques considèrent que les fleurs adaptées à un pollinisateur ou à un environnement donné sont les moteurs de l’évolution et créent alors une nouvelle diversité. Nos recherches remettent en question cette idée, ce qui pourrait changer la façon dont les scientifiques appréhendent les forces à l’origine de la biodiversité dans le monde végétal.

La famille des cactus, exceptionnellement diversifiée mais comptant parmi les groupes végétaux les plus menacés au monde, offre un exemple frappant de la manière dont certaines lignées évolutives prospèrent, tandis que d’autres peinent à survivre.

Les cactus sont l’incarnation même de la croissance lente. Un saguaro imposant peut mettre une décennie à grandir d’un centimètre, et le peyotl psychédélique met des décennies à atteindre sa maturité. Pourtant, la famille des cactus est l’un des groupes végétaux qui évolue le plus rapidement sur Terre. Au cours des 20 à 35 derniers millions d’années, environ 1 850 espèces de cactus ont vu le jour.

Bien que cela puisse sembler lent, à l’échelle géologique, c’est un clin d’œil. À titre de comparaison, environ un quart des 415 autres familles de plantes à fleurs comptent cinq espèces ou moins. Ces familles de plantes ne se sont jamais diversifiées aussi rapidement que les cactus.

On imagine souvent les déserts comme des paysages immuables et impitoyables, mais ils peuvent être le théâtre d’une innovation évolutive rapide.

Les scientifiques ont établi un lien entre la grande diversité des espèces de cactus et la spécialisation des pollinisateurs, selon laquelle les fleurs de cactus s’adaptent à des pollinisateurs particuliers, tels que les abeilles, les papillons de nuit ou les colibris. Une autre théorie attribue le succès évolutif des cactus à l’expansion des déserts au cours des 30 derniers millions d’années, alors qu’une grande partie des Amériques est devenue plus sèche et plus dégagée.

Les cactus semblaient correspondre parfaitement à cette idée. Leurs fleurs vont de petites fleurs discrètes à de grandes fleurs qui s’épanouissent la nuit. Certaines sont pollinisées par les abeilles, d’autres par les colibris, les papillons de nuit ou les chauves-souris.

Les fleurs de cactus sont éphémères et magnifiques. Elles ne durent souvent que quelques jours et sont attendues avec impatience par les passionnés de cactus. Les fleurs courtes sont généralement associées à la pollinisation par les abeilles, tandis que les formes tubulaires plus longues ont évolué à plusieurs reprises pour s’adapter aux chauves-souris, aux colibris et aux papillons de nuit.

Cependant, mon étude de 2024, qui a porté sur un échantillon d’espèces bien plus large que les études précédentes, a révélé que ni l’aridité ni la pollinisation – les deux principales hypothèses avancées pour expliquer la diversité des cactus – ne constituaient une explication convaincante de la biodiversité des cactus. Cela a remis en cause une idée établie de longue date, remontant à Darwin, qui suggérait que des fleurs spécialisées, c’est-à-dire parfaitement adaptées à leur environnement, pouvaient favoriser la formation de nouvelles espèces végétales.

Mes collègues et moi-même avons récemment publié une base de données écologique sur les cactus (CactEcoDB), qui fournit des données sur les caractéristiques et les arbres phylogénétiques des cactus afin d’aider les chercheurs à comprendre leurs origines et leur futur. Lorsque nous avons analysé ces données dans un article récent publié dans la revue Biology Letters, nous avons découvert une tendance inattendue. Nous avons compilé des données sur la longueur des fleurs de plus de 750 espèces de cactus, révélant une gamme extraordinaire, allant de fleurs de deux millimètres à des fleurs de la taille d’une grande assiette. Cette variation reflète une adaptation à des pollinisateurs très différents.

En analysant l’arbre phylogénétique des cactus, nous avons observé que la vitesse à laquelle la taille des fleurs évolue est le moteur de la formation de nouvelles espèces, tant à l’échelle des temps récents qu’à celle des temps évolutifs lointains. La sélection naturelle ne semble privilégier aucune taille de fleur en particulier. Elle a néanmoins provoqué, tout au long de l’arbre évolutif des cactus, des vagues répétées de changements rapides vers des tailles différentes.

La conclusion est simple mais puissante : ce n’est pas la présence d’un type de fleur ou d’un pollinisateur en particulier qui détermine l’évolution des cactus. C’est la vitesse à laquelle l’évolution des types de fleurs se produit, quel qu’en soit le résultat, petites ou grandes fleurs. Les espèces aux fleurs plus petites ou plus grandes peuvent rapidement donner naissance à de nouvelles espèces de cactus, à condition qu’elles aient évolué rapidement au cours de leur histoire évolutive.

Pourquoi c’est important
Ceci a des conséquences pour la conservation des espèces. Notre étude suggère que la capacité d’une plante à évoluer, essentielle pour survivre à des périodes de changements environnementaux et d’extinctions – comme celle que connaît actuellement la Terre –, est plus importante que n’importe quelle adaptation spécifique.

La protection de la biodiversité ne consiste pas seulement à sauver les espèces que nous observons aujourd’hui, mais aussi à préserver le potentiel évolutif qui permet l’apparition de nouvelles espèces. Certaines espèces peuvent sembler stables ou banales aujourd’hui, mais recèlent ainsi un immense potentiel d’évolution à l’avenir.

Près d’un tiers des espèces de cactus sont aujourd’hui menacées d’extinction. C’est l’un des taux les plus élevés parmi tous les groupes végétaux, et nous risquons de perdre des lignées évolutives entières de cactus, pas seulement des espèces.

Protéger les cactus, et la nature en général, consiste ainsi à protéger le processus évolutif continu qui permet à la vie de s’épanouir dans certains des environnements les plus hostiles de la Terre.

Source : https://theconversation.com/