Des arbres qui communiquent entre eux
Levant les yeux dans une forêt (shazku, iStockPhoto)
Levant les yeux dans une forêt (shazku, iStockPhoto)
Quels sont les liens avec mon programme d'études?
À la manière des humains qui communiquent par Internet, les arbres utilisent un vaste réseau souterrain… de champignons! Quel bel exemple de symbiose.
Imagine une forêt pleine d’arbres. Chaque arbre se dresse, solitaire, avec son propre tronc, ses propres branches et ses propres feuilles. Mais savais-tu que les arbres sont reliés par un vaste réseau souterrain des plus complexe?
De quoi se compose donc ce réseau? De champignons! D’après les scientifiques, presque toutes les espèces végétales entretiennent des relations avec les champignons vivant dans le sol. Ces champignons peuvent relier les racines de différents arbres (et d’autres plantes) pour créer ce qu’on appelle un réseau mycorhizien.
Un réseau mycorhizien peut influencer la survie, la croissance, la santé et le comportement des arbres qui y sont liés. De plus, les arbres utilisent leur réseau pour communiquer et pour partager des ressources. Certains scientifiques l’appellent donc « l’Internet des arbres ».
Comment un réseau de champignons fonctionne-t-il?
De nombreux types de champignons poussent principalement sous la surface du sol, où ils déploient des filaments qu’on appelle des hyphes. Ensemble, ces filaments forment un réseau appelé un mycélium. Les filaments peuvent coloniser (vivre parmi) les racines d’arbres et d’autres plantes.
Les filaments fongiques peuvent interagir avec les racines des arbres de deux manières. Dans un réseau ectomycorhizien, les filaments recouvrent et se propagent dans les racines entre les cellules.Dans un réseau endomycorhizien, les filaments percent les racines et pénètrent dans leurs cellules.
Les champignons et les arbres vivent en symbiose, soit une relation étroite et à long terme dont bénéficient deux organismes. Les arbres produisent de la nourriture, sous forme de sucre, par photosynthèse. Ils partagent ce sucre avec les champignons. En contrepartie, les champignons partagent avec les arbres les nutriments qu’ils tirent du sol, dont la plupart sont des phosphates et des nitrates. Ce type de symbiose est appelé symbiose mutualiste, parce que les deux espèces en bénéficient.
Alerte de conception erronée!
Toute symbiose n’est pas mutualiste. Dans une symbiose commensalisme, une des deux espèces profite de la relation sans nuire à l’autre. Dans une symbiose parasitisme, l’une des deux espèces vit aux dépens de l’autre.
Le savais-tu?
Les scientifiques pensent qu’environ 90 % des espèces végétales entretiennent des relations mycorhiziennes avec les champignons.
Comment les arbres peuvent-ils partager des ressources?
Les champignons ne sont pas les seuls organismes à partager des ressources avec les arbres. Les arbres partagent aussi des ressources entre eux! Ils se servent du réseau de champignons comme moyen de transport. Par exemple, les semis (jeunes plants) qui se trouvent à l’ombre ne peuvent pas pousser très rapidement, car ils tirent leur énergie de la lumière. Mais les grands arbres peuvent leur donner un coup de pouce en partageant des nutriments par les hyphes de champignons.
Différentes espèces d’arbres peuvent également partager des nutriments. Par exemple, plusieurs études ont porté sur les relations que peuvent entretenir les sapins de Douglas (un conifère) et les bouleaux à papier (un arbre à feuilles caduques). Au printemps et à l’automne, lorsque les bouleaux sont dépourvus de feuilles, les sapins de Douglas sont une source importante de carbone et d’azote. Mais en été, lorsque les bouleaux sont plus grands et que leur feuillage est fourni, ils deviennent à leur tour une abondante source de carbone et d’azote. Grâce à l’osmose, les éléments nutritifs provenant des arbres aux concentrations les plus élevées seront transférés à ceux qui ont les plus faibles. En ce qui concerne le sapin de Douglas et le bouleau à papier, cela se produira en fonction de la saison!
Toutefois, certaines plantes profitent de la générosité des autres sans rien donner en retour. Par exemple, il y a des espèces d’orchidées qui n’effectuent aucune photosynthèse. Elles volent plutôt tous les nutriments dont elles ont besoin aux plantes avoisinantes!
Le savais-tu?
En Amérique du Nord et en Amérique du Sud, des arbres comme le sapin de Douglas et le pin ponderosa abritent des centaines d’espèces de champignons ectomycorhiziens.
Comment le partage de ressources peut-il aider les arbres à se défendre?
Les maladies et les infestations d’insectes peuvent se propager rapidement dans une forêt; et elles peuvent être mortelles pour les arbres! Des études montrent que les arbres peuvent se servir du réseau de champignons pour aider leurs voisins en cas d’attaque. Par exemple, lorsqu’un arbre est agressé, il libère certaines substances chimiques. Celles-ci traversent le réseau de champignons et préviennent les autres arbres du danger. Cette alerte précoce permet aux autres arbres de mieux se protéger.
Les messages d’alerte pourraient inciter ces arbres à modifier leur morphologie (forme et structures), leur physiologie (fonctions) ou leur biochimie. Par exemple, une plante pourrait modifier sa biochimie en augmentant les niveaux de toxines et de répulsifs dans ses tissus afin de dissuader les organismes nuisibles. Elle pourrait également changer sa biochimie en produisant des composés organiques volatils qui attirent les ennemis naturels d’un organisme nuisible donné.
Une étude démontre que des arbres affaiblis peuvent même transmettre des ressources, comme l’azote et le phosphore, à leurs voisins avant de mourir. Ainsi, les arbres bénéficiaires sont mieux équipés pour lutter contre la maladie ou l’infestation.
Comment le partage de ressources peut-il profiter aux arbres de diverses générations?
Les forêts sont constituées d’arbres d’âges différents. On appelle les plus grands et les plus vieux des arbres mères. Ce sont généralement les arbres les mieux intégrés au réseau de champignons. Les arbres mères nourrissent leur progéniture en partageant les nutriments dont les jeunes arbres ont besoin pour bien pousser.
Par ailleurs, les arbres peuvent se servir du réseau de champignons pour freiner la croissance de voisins indésirables. Ainsi, ils transmettent des substances toxiques qui ralentissent la croissance des concurrents.
Comment le réseau de champignons maintient-il les forêts en bonne santé?
Les arbres se servent du réseau de champignons de la même façon que les humains se servent de l’Internet : pour communiquer et acquérir des connaissances. Une forêt en santé est une forêt bien branchée à l’« Internet des arbres » et qui comprend beaucoup d’arbres mères. Une telle forêt peut mieux se défendre contre des menaces imprévues, comme la coupe d’arbres par les humains.
En fait, les nouvelles connaissances sur les réseaux de champignons peuvent aider à mettre sur pied des pratiques forestières plus durables. Par exemple, pour les raisons données plus haut, les bûcherons devraient éviter de couper les arbres mères. Et ils devraient donner aux arbres mourants le temps de libérer leurs nutriments avant de les abattre.
La prochaine fois que tu te promèneras dans les bois, pense à tous les messages qui s’échangent sous tes pieds!
Points de départ
- Quelles méthodes de communication les humains utilisent-ils sans même parler ni écouter?
- Avant de lire cet article, pensais-tu que les plantes pouvaient communiquer entre elles? Pourquoi, ou pourquoi pas?
- Pourquoi les gestionnaires de la foresterie auraient-ils intérêt à comprendre comment les arbres communiquent?
- Comment les pratiques forestières de coupe à blanc pourraient-elles affecter les réseaux mycorhiziens et la santé des forêts?
- Comment les espèces envahissantes pourraient-elles perturber les réseaux mycorhiziens des forêts?
- Comment élargir la compréhension de la science et des avantages des réseaux mycorhiziens à d’autres cultures commerciales? Pourquoi est-ce un sujet d’intérêt? (Remarque : Cette question nécessitera une recherche supplémentaire.)
- Qu’est-ce qu’un arbre mère? Comment la santé d’un arbre mère peut-elle avoir un impact sur la santé des autres arbres d’une forêt?
- Comment les réseaux mycorhiziens travaillent-ils pour créer une communication entre les arbres? Quels sont les avantages d’un tel réseau?
- Qu’est-ce qu’une relation symbiotique? Fournis un exemple tiré de l’article.
- Pourquoi la biodiversité est-elle importante pour les réseaux mycorhiziens en forêt?
- Connaissant la fonction des arbres mères dans un milieu forestier, devrait-il exister une législation protégeant ces arbres de la coupe?
- Peux-tu te rappeler de films ou de livres dans lesquels des arbres parlaient ou communiquaient? (par exemple, l’Arbre des âmes dans le film Avatar) Comment ces arbres communiquaient-ils? Quel était leur rôle dans l’histoire ou le récit? Certains de ces arbres fictifs pourraient-ils être considérés comme des « arbres mères »?
- Cet article et les vidéos intégrées peuvent être utilisés en biologie pour l’enseignement et l’apprentissage relatifs à la foresterie, à la symbiose et à la biodiversité. On y trouve des concepts liés aux champignons, aux réseaux mycorhiziens, aux hyphes, aux mycéliums, à la relation symbiotique, à la photosynthèse, aux semis, aux réseaux ectomycorhiziens, aux réseaux endomycorhiziens, aux conifères, aux feuillus et aux arbres mères.
- Avant de lire cet article et de visionner les vidéos intégrées, les enseignants peuvent fournir aux élèves un Aperçu du vocabulaire afin qu’ils accèdent à des connaissances antérieures et acquièrent une nouvelle terminologie. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi de cette stratégie d’apprentissage sont disponibles en formats [Google doc] et [.pdf].
- Pendant et après la lecture de l’article et le visionnement des vidéos, les élèves peuvent créer un Diagramme de Venn – Texte et vidéo afin de collecter et comparer les informations essentielles de chaque ressource. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi de cette stratégie d’apprentissage sont disponibles en formats [Google doc] et [.pdf].
- Alternativement, après avoir lu l’article et visionné les vidéos, les élèves peuvent compléter une Toile de définition du concept pour déterminer le principe des réseaux mycorhiziens. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi de cette stratégie d’apprentissage sont disponibles en formats [Google doc] et [.pdf].
Connecter et Relier
- Quelles méthodes de communication les humains utilisent-ils sans même parler ni écouter?
- Avant de lire cet article, pensais-tu que les plantes pouvaient communiquer entre elles? Pourquoi, ou pourquoi pas?
Relier la Science et la Technologie à la Société et à l'Environnement
- Pourquoi les gestionnaires de la foresterie auraient-ils intérêt à comprendre comment les arbres communiquent?
- Comment les pratiques forestières de coupe à blanc pourraient-elles affecter les réseaux mycorhiziens et la santé des forêts?
- Comment les espèces envahissantes pourraient-elles perturber les réseaux mycorhiziens des forêts?
- Comment élargir la compréhension de la science et des avantages des réseaux mycorhiziens à d’autres cultures commerciales? Pourquoi est-ce un sujet d’intérêt? (Remarque : Cette question nécessitera une recherche supplémentaire.)
Explorer les Concepts
- Qu’est-ce qu’un arbre mère? Comment la santé d’un arbre mère peut-elle avoir un impact sur la santé des autres arbres d’une forêt?
- Comment les réseaux mycorhiziens travaillent-ils pour créer une communication entre les arbres? Quels sont les avantages d’un tel réseau?
- Qu’est-ce qu’une relation symbiotique? Fournis un exemple tiré de l’article.
- Pourquoi la biodiversité est-elle importante pour les réseaux mycorhiziens en forêt?
Nature de la Science / Nature de la Technologie
- Connaissant la fonction des arbres mères dans un milieu forestier, devrait-il exister une législation protégeant ces arbres de la coupe?
Littératie Médiatique
- Peux-tu te rappeler de films ou de livres dans lesquels des arbres parlaient ou communiquaient? (par exemple, l’Arbre des âmes dans le film Avatar) Comment ces arbres communiquaient-ils? Quel était leur rôle dans l’histoire ou le récit? Certains de ces arbres fictifs pourraient-ils être considérés comme des « arbres mères »?
Suggestions d'enseignement
- Cet article et les vidéos intégrées peuvent être utilisés en biologie pour l’enseignement et l’apprentissage relatifs à la foresterie, à la symbiose et à la biodiversité. On y trouve des concepts liés aux champignons, aux réseaux mycorhiziens, aux hyphes, aux mycéliums, à la relation symbiotique, à la photosynthèse, aux semis, aux réseaux ectomycorhiziens, aux réseaux endomycorhiziens, aux conifères, aux feuillus et aux arbres mères.
- Avant de lire cet article et de visionner les vidéos intégrées, les enseignants peuvent fournir aux élèves un Aperçu du vocabulaire afin qu’ils accèdent à des connaissances antérieures et acquièrent une nouvelle terminologie. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi de cette stratégie d’apprentissage sont disponibles en formats [Google doc] et [.pdf].
- Pendant et après la lecture de l’article et le visionnement des vidéos, les élèves peuvent créer un Diagramme de Venn – Texte et vidéo afin de collecter et comparer les informations essentielles de chaque ressource. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi de cette stratégie d’apprentissage sont disponibles en formats [Google doc] et [.pdf].
- Alternativement, après avoir lu l’article et visionné les vidéos, les élèves peuvent compléter une Toile de définition du concept pour déterminer le principe des réseaux mycorhiziens. Les fiches reproductibles prêtes à l’emploi de cette stratégie d’apprentissage sont disponibles en formats [Google doc] et [.pdf].
En savoir plus
Les plantes sont intelligentes et méritent même d’avoir des droits (2015) Slate FR Le neurobiologiste Stefano Mancuso plaide pour eux.
La vie secrète des arbres - Anne-claire Genthialon - résumé de La Vie secrète des arbres, un livre de Peter Wohlleben
Le secret des arbres 2017 Envoyé spécial France 2 comprend une entrevue avec Peter Wohlleben et quelques autres chercheurs (29:39)
L’Intelligence des Arbres - Bande Annonce Officielle (2017) Jupiter Films (2:14)
Références
Amos, H. (2011, juillet 7). At the root of the problem: Trees may have trouble growing in changing environments. University of British Columbia.
BBC News. (2018, juin 29). How trees secretly talk to each other.
Biology Dictionary. (n.d.). Mycorrhizae definition.
Fleming, N. (2014, novembre 11). Plants talk to each other using an internet of fungus. BBC.
Simard, S. W. (2009). Mycorrhizal networks and complex systems: Contributions of soil ecology science to managing climate change effects in forested ecosystems. Canadian Journal of Soil Science, 89(4), 369-382. DOI: 10.4141/cjss08078
Simard, S. W., Beiler, K. J., Bingham, M. A., Deslippe, J. R., Philip, L. J., & Teste, F. P. (2012). Mycorrhizal networks: Mechanisms, ecology and modelling. Fungal Biology Reviews, 26(1), 39-60. DOI: 10.1016/j.fbr.2012.01.001
Song, Y. Y., Simard, S. W., Carroll, A., Mohn, W. W., & Zeng, R. S. (2015). Defoliation of interior Douglas-fir elicits carbon transfer and stress signalling to ponderosa pine neighbors through ectomycorrhizal networks. Scientific Reports, 5(8495). DOI: 10.1038/srep08495
Song, Y. Y., Zeng, R. S., Xu, J. F., Li, J., Shen, X., Yihdego, W. G. (2010). Interplant communication of tomato plants through underground common mycorrhizal networks. PLoS ONE 5(10). DOI: 10.1371/journal.pone.0013324