Evolution Chap2

Du désert à la forêt: chronique du verdissement d'une planète
Romain G. & Daniel

Pour comprendre le fonctionnement, les caractéristiques et les différents étapes de l'évolution des végétaux terrestres actuels, il faut suivre leur évolution dans l'histoire. Pour cela, il faut revenir il y a 500 millions d'années en arrière. À cette époque, les bactéries étaient les seuls représentants du vivant se trouvant sur les terres émergées. Le reste peuplait les fonds marins. Il est conseillé de suivre, en parallèle à ce wiki, une vidéo-conférence consacrée à ce sujet et proposée par deux chercheurs dans le cadre d'un événement à la Cité des Sciences. http://www.cite-sciences.fr/francais/ala_cite/college/v2/html/2006_2007/conferences/conference_324.htm

Ce chapitre permet de comprendre pourquoi cette étape de l'évolution a été primordiale pour offrir la diversité et les caractéristiques des plantes qui nous entourent aujourd'hui encore.

Quelles sont les différentes étapes de la terrestrialisation des végétaux ?

Il est assez aisé de s'apercevoir que la végétation a presque conquis l'intégralité de la planète. Cependant, cela n'a pas toujours été le cas. Les terres n'étaient, au début, qu'un désert sans fin, une superposition de différentes couches de roches. Ensuite, la végétation est apparue au court de l'évolution. La question qui se pose est ; Quand est-elle apparue? Pour y répondre, il est possible de découper le temps en trois périodes distinctes:

Illustrations des ères géologiques : [1] - [2] - [3]

Alexandre Zimmerli 20 janvier 2010 à 22:03 (UTC)

Ordovicien

À cette époque, il y a 488 à 443 millions d'années, l'environnement présent sur la Terre est quasi similaire à celui qu'on retrouve actuellement sur la lune. Cet environnement n'est pas propice au développement de la vie, mais c'est pourtant à cet époque que les premières plantes terrestres ont évolué.

La première difficulté réside dans la nécessité de se trouver un nouveau support. En immersion, l'eau leur assurait ce support. C'est désormais une association entre la cellulose, principal constituant des végétaux et en particulier de la paroi de leurs cellules, et le principe de la turgescence, un état cellulaire associé à l'élongation de la cellule végétale, qui permet aux tiges d'avoir une orientation verticale maintenue.

La seconde difficulté provient de l'atmosphère environnant. Les plantes doivent survivre dans cet environnement desséchant et face à la quantité de rayons UV nocifs auxquels elles s'exposent. La faible disponibilité des ressources apporte une difficulté supplémentaire.

C'est en surmontant ces difficultés que sont apparues les premières plantes terrestres. Par la suite, cette petite biodiversité amène à une baisse des températures qui favorise encore plus l'expansion de cette biodiversité.

Les premières plantes étaient des spores ou des cuticules isolés.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Ordovicien
http://www.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque/s4/mer.vers.terre.html
http://www.explic.com/3971-plantes.htm

Silurien

Le silurien débute il y a 443 millions d'années.

L'acquisition des caractères se fait de manière séquentielle.

1. Il y a d'abord l'apparition de sporophytes possédant une cuticule. (Les stomates apparaissent plus tard, à la fin du Silurien)
2. Il y a ensuite l'apparition des ramifications, les trachéides. Elles permettent à l'eau de monter vers les organes de chlorophylle.
3. Apparaissent ensuite les premiers bryophytes.

Cooksonia

Les premiers fossiles de plantes apparaissent pendant l'époque silurienne (-430 millions d'années). Il s'agit d'une plante appelée Cooksonia. Elle a su passer outre les problèmes posés par le changement du milieu aquatique au terrestre. Elle a la capacité de se tenir debout grâce à un tissu nommé stéréome, elle possède un système vasculaire qui lui permet d'acheminer les ressources depuis le sol à tout le reste de la plante. Les problèmes posés par les UV dangereux sont contournés par la mise en place d'une couche imperméable appelée cuticule, qui évite par la même occasion à la plante de se dessécher. Les échanges gazeux se font à l'aide des stomates. Les sporanges produisent des spores couverts par la sporopollénine qui joue le rôle de la cuticule. Ces modifications engendrées par les cooksonias démontre bien la différence entre les plantes aquatiques et terrestres. L'influence de la cooksonia sur l'environnement est importante. Celle-ci ralentit l'érosion et permet l'accumulation de sédiments ainsi que la formation d'ébauches de sols.

[4] La Cooksonia disparait dès le début du dévonien.

L'origine des plantes terrestres

C'est la perte de tolérance à l'eau salée qui a permis aux plantes aquatiques provenant des mers et océans de s'installer dans les sources d'eaux douces, telles que les lacs ou les rivières. Des données génétiques nous ont permis de faire le rapprochement entre les premières traces de plantes terrestres et des plantes aquatiques d'eau douce. Ce qui nous prouve bel et bien que les plantes terrestres ont pour origine, non pas les plantes des mers et océans, mais bien celles des lacs et rivières. Malgré le manque de sources fossiles qui pourraient appuyer cette théorie.

L'étude du chert de Rhynie

Le nom provient d'une petite localité écossaise où se trouvaient, il y a quelques 400 millions d'années, des sources d'eau chaude riche en silice, qui une fois précipité, formait le chert. Celui-ci a permis de conserver une trace de la végétation de cette époque dans un état exceptionnel. Il a en outre servi de refuge pour les premières plantes, comme la Cooksonia. Ce qui en fait donc, une source d'informations et de conservation très efficace. [5]

Alexandre Zimmerli 20 janvier 2010 à 22:03 (UTC)

Dévonien

Le dévonien s'étend de -416 à -359 millions d'années. Cette époque voit la colonisation des terres par les premiers Progymnospermes et la formation des forêts.

Le Dévonien Inférieur

Les plantes conservées à l'aide de la Chert de Rhynie fonctionnaient, au niveau de la photosynthèse, selon le même système actuel. Elles ont un besoin en eau qu'elles captent à l'aide de petites touffes de racines présentes sur la face inférieur de la tige. Ce qui constitue leur système racinaire. Elles ont aussi un système vasculaire. L'eau provenant des rhizoïdes est acheminée jusqu'au parties chlorophylliennes de la plante. Ce système, muni de trachéides, est très réduit. Il assure cependant, à la plante, un épaississement, une rigidification de de la paroi. Il permet aussi l'évapotranspiration. En exerçant une certaine pression, l'eau ne passe plus, ce qui en fait une structure efficace. À cette époque, les plantes sont de très petites tailles et ramifiées. La division se déroule au sommet de la plante, avec une ramification à angle droit, ce qui est contraignant. Mais il y a déjà une diversité en fonction de la forme et de la disposition de ces ramifications : terminale ou latérale. Il y a aussi l'apparition du cycle biologique. Il y a trois individus différents pour un même génome : sporophytes ou ramifié avec deux gamétophytes mâle et femelle. Il y a les premières interactions. Des petits champignons apportent l'eau et les sels minéraux en complément aux plantes auxquelles ils sont attachés. En retour, ils reçoivent le surplus de carbohydrate de la plante. La matière organique qui se dégrade est consommé par les prototaxites qui peuvent atteindre jusqu'à 5 mètres de long. Ce sont les bases d'un écosystème !

Pour revenir à la Cooksonia étudiée précédemment, elle a été remplacée par les Zostérophyllopsides tel que le Zosterophyllum, le Gosslingia ou encore le Sawdonia. Malgré, quelques différences, l'ensemble des Zostérophyllopsides possède des caractéristiques particulières comme par exemple; des sporanges réniformes situés à l'extrémité de courts pédicelles et par un cylindre vasculaire central plein. Vers la fin de cette époque, les Lycophytes et les Euphyllophytes remplace le groupe précédemment évoqué; les Zostérophyllopsides. L'information principale du Dévonien inférieur est l'évolution des plantes par la création de feuilles tel que nous les connaissons aujourd'hui. La théorie évolutive la plus concrète est celle de la photosynthèse. Puisque les plantes utilisent la lumière du soleil comme énergie, l'augmentation des surfaces exposées semble donc l'évolution la plus probable. À cette époque, on voit apparaître un grand nombre de nouvelles formes et les plantes colonisent un grand nombre espaces terrestres. Ces dernières arrivent maintenant à un état de compétition constant au niveau de la répartition de l'espace, de l'énergie et des nutriments.

Le Dévonien Moyen

C'est à cette période qu'a lieu la diversification systématique des plantes terrestres et que naissent les grands groupes de plantes actuels. Ils ont une morphologie moderne, s'élèvent en hauteur et sont par conséquent les premiers vrais arbres. Il y a une spécialisation des organes qui définissent leur fonction et l'évolution de leur mode de reproduction.

Ces plantes sont séparées en quatres grands groupes :

1. Les Lycophytes (Lycopsyda) :

Ils ont des feuilles à une seule nervure. Ils ont la forme d'arbres atteignant entre 1,5 mètres jusqu'à 10 mètres pour certains. Ils ont une forme archaïque car leurs ramifications se font à angle droit et ils ne possèdent pas de branches avant. Ils développent une écorce de plus en plus solide qui contribue à soutenir la plante. Néanmoins, les parties photosynthétiques ne se sont guère développées. Pour schématiser, ils ressembles à des grands poteaux avec des feuilles. [6]

2. Les Euphyllophytes :

Ils ont une ramification inégale et une apicale (vers le sommet). Ils ont une spécialisation des axes : l'un pousse verticalement lors de la croissance, alors que ses ramifications, elles, se déjettent latéralement. Leur structure est bien spécialisée. Ils se reproduisent à l'aide de sporange et exploite le mécanisme de la photosynthèse. Tout ceci en exploitant le milieu dans lequel ils se trouvent. Leur ramification en hélice leur procurent plus de souplesse et leur permettent de mieux adapter les plantes à la position de la lumière, ce qui les rend plus performante. [7]

3. Les Monilophytes :

Ce sont ceux qui dominent la terre lors de cette période. Ils peuvent atteindre de 3 mètres jusqu'à 8 mètres. Ils ont un système vasculaire complexe ; une base enflée avec de courtes racines ainsi qu'un tronc avec des branches portées le long de la croissance de l'arbre et qui sont caduques (elles tombent au fur et à mesure de la croissance de l'arbre). Ils ne possèdent pas de feuilles, mais leurs ramifications terminales font office d'organes photosynthétiques. Ce groupe englobe aujourd'hui les fougères et les prêles. Leur stèle est divisée et formée d'un grand nombre de plaques de tissu qui augmentent le diamètre du tronc et aident la plante à tenir. [8]

4. Les Lignophytes :

Ils dominent à partir du dévonien supérieur. Ils regroupent les spermatophytes ou les plantes à graines. Grâce à l'existence du cambium qu'ils sont les premiers à détenir. Ce tissu est à l'origine de la création du bois. Ils ont une stratégie de type conifère ; le tronc porte des branches de type perrene (qui restent sur l'arbre) et caduques aux parties terminales. Comprenant des des feuilles plane ainsi qu'un limbe, ce qui est important pour la photosynthèse. Leur bois est comparable aux conifères actuels. Leur reproduction se fait à l'aide de spores. La grande innovation provient de l'apparition des plantes à graines. Il y a un ovule, mais pas encore d'embryon, que l'on pourrait nommer de proto-ovule. Celui-ci est protégé par un ensemble de structures ; les megasporanges. De ce fait, les plantes qui ont des ovules, n'ont plus besoin de l'humidité extérieure pour se développer car cette megasporange créer une atmosphère très humide. On retrouve donc les mécanismes de protection, nutrition, fécondation et polénisation. Ils disparaissent à la fin du dévonien supérieur. [9]

En résumé, a complexité des plantes augmente lors Dévonien moyen, la lumière en est la cause principale. La taille des plantes est fortement modifié, les axes deviennent des troncs. Les différentiation entre les Lycophytes et les Euphyllophytes s'accentuent.

Le Dévonien Supérieur

La fin du Dévonien est marquée par la chute des températures ; la glaciation du pôle sud. La chute du CO2 atmosphérique et la crise biologique provoquent la disparition de nombreux organismes marins. Les plantes quant à elles continuent à piéger le CO2 contenu dans l'atmosphère.