Il nous semble que nous savons ce que sont les arbres, mais même au niveau génétique, il est très difficile de déterminer ce qui les distingue exactement des autres plantes
Pin épineuxIl y a quelques années, après le dîner de Thanksgiving chez mes parents au Vermont, la foudre a frappé un érable dans notre cour. Nous avons entendu un terrible craquement, et l'obscurité à l'extérieur de la fenêtre de la cuisine a cédé la place à une lumière vive. Et ce n'est qu'au printemps que nous avons pu nous assurer que l'arbre était mort.
Cet érable était jeune, son tronc ne dépassait pas le diamètre de l'assiette à dessert. Si sa vie n'avait pas été écourtée par une catastrophe, il aurait pu vivre 300 ans. Mais dans les arbres, la mort accidentelle est étonnamment courante. Parfois, cela se produit en raison d'une grave erreur humaine, comme lorsqu'en 2012 en Floride, un
cyprès de tourbière de plus de 3 500 ans a été
détruit par un incendie volontaire. Le plus souvent, le malheur se présente sous la forme de mauvais temps - sécheresse, vent, incendies ou gelées. Et, bien sûr, les arbres sont affectés par des parasites et des maladies; une attaque comme un champignon peut sensiblement raccourcir la durée de vie de l'arbre. Mais ces arbres qui ont réussi à éviter de tels ennemis sont capables de vivre incroyablement longtemps.
Si vous demandez à une personne de décrire ce qui fait d'un arbre un arbre, alors parmi les premiers signes, il y aura une longue durée de vie, du bois et de la hauteur. Dans de nombreuses plantes, l'espérance de vie est limitée de manière prévisible (les scientifiques appellent cela le vieillissement programmé), mais dans les arbres, ce n'est pas le cas - beaucoup d'entre elles vivent dur pendant des siècles. C'est cette propriété, à croissance illimitée, qui peut servir à la science de signe de démarcation des arbres, plus encore que du bois. Mais cela aide jusqu'à un certain point. Il nous semble que nous savons ce que sont les arbres, mais ils commencent à glisser entre nos doigts lorsque nous essayons de les identifier.
Les arbres ne sont pas regroupés - leur pedigree est différent, et ils ont acquis divers traits, en utilisant différentes stratégies pour devenir la façon dont nous les voyons aujourd'hui. Prends une longue vie. Le détenteur du record actuel, le
pin épineux , âgé de 5067 ans, poussant haut dans les Montagnes Blanches de Californie, est considéré comme un exemple classique de l'espérance de vie des arbres de la methuselah. Les pyramides d'Égypte ont été construites alors que cet arbre avait déjà près de 500 ans. Les scientifiques suggèrent que les pins épineux robustes doivent leur résistance au principal lieu de croissance: ils évitent les incendies traversant les basses terres et les parasites qui ne survivent pas dans des conditions subalpines difficiles. Les séquoias géants, poussant légèrement en dessous des montagnes où poussent les pins, utilisent une approche complètement différente de la longévité. Ces monstres - dont le diamètre du tronc peut atteindre 10 mètres - vivent pendant des milliers d'années, résistent au feu et aux parasites à l'aide d'une écorce épaisse et résistante et de nombreuses substances qui servent de répulsifs.
À environ 400 milles à l'est, des arbres vivants qui ressemblent à des panicules en forme de fuseau battent à la fois les pins en termes de vie et de séquoias - encore une fois, en utilisant une stratégie complètement différente.
Le peuplier en forme de tremble - un arbre qui peut être étreint et qui pousse rarement au-dessus de 15 m - est extrêmement efficace pour libérer de nouveaux processus de la partie inférieure du tronc. En conséquence, d'énormes chaînes «d'arbres» apparaissent, génétiquement en fait un seul individu, unis par des racines souterraines. Les colonies de peupliers de l'Utah en Utah auraient environ 80 000 ans. Ensuite, sur Terre vivaient encore les Néandertaliens.
Si nous ajoutons des clones à la considération, alors les arbres perdent rapidement leur primauté dans la longévité.
Le houx royal est un buisson vert brillant originaire de Tasmanie (les buissons, à proprement parler, n'appartiennent pas aux arbres, car ils n'ont pas de tige centrale prédominante). Dans le monde, il n'y a qu'une seule population de houx royal, et les scientifiques pensent que ce sont tous des clones. Bien qu'il fleurisse parfois, personne n'a jamais vu ses fruits. Une estimation récente du radiocarbone de son âge a montré qu'il (eux?) A au moins 43 000 ans.
Il y a aussi un
buisson de créosote qui pousse dans le désert de Mojave en Californie, qui est appelé le «roi des clones», et qui a environ 11 700 ans. À la recherche de signes qui combinent la définition des arbres, la longévité est complètement insatisfaisante, comme l'écrit le forestier
Ronald Lanner dans un
essai de 2002 dans Aging Research Reviews.
Andrew Gruver , un généticien de la station de service forestier du sud-ouest du Pacifique des États-Unis, basée à Davis, en Californie, réfléchit également depuis longtemps aux arbres. Il admet rapidement que leur identification est plutôt problématique. «Allez à la pépinière, et vous y trouverez des plantes divisées en catégories selon leur type et leur fonction, y compris le groupe qui appartient aux« arbres », écrit-il en 2005,« Quels gènes font d'un arbre un arbre? »Dans Tendances des plantes Science. Cette catégorisation est intuitive et pratique, mais contre nature. »
À titre d'exemple, Grover indique que le bois est une caractéristique déterminante des arbres. Le bois des «vrais» arbres (nous y reviendrons plus tard) apparaît en train de «croissance secondaire»; il permet aux arbres de croître en épaisseur, et pas seulement en hauteur. L'anneau de cellules spéciales entourant la tige est responsable de la croissance secondaire. Le tissu de ces cellules est appelé
cambium , et elles se divisent dans deux directions - vers l'extérieur par rapport à l'arbre, qui fait l'écorce, et vers l'intérieur, qui fait le bois. Année après année, le bois se dépose dans de nouveaux anneaux intérieurs où la cellulose et la longue
lignine polymère dure
sont ajoutées. Après durcissement, les cellules du bois meurent et se décomposent presque complètement, ne laissant que des parois rigides.
Dans les plantes existantes aujourd'hui, la croissance secondaire a probablement une seule source évolutive, bien que les minuscules
plunas et
prêles aient inventé aujourd'hui leur version de ce processus il y a environ 300 millions d'années, ce qui a permis au
lépidodendron maintenant éteint, par exemple, de croître jusqu'à 35 mètres de hauteur. Mais la présence de pousses secondaires ne conduit pas à l'apparition automatique d'un arbre: malgré une source unique, la "boisé" apparaît çà et là, dans tout l'arbre généalogique des plantes. Certains groupes de plantes ont perdu la capacité de former du bois, et parfois cette capacité a réapparu dans les branches évolutives où elle avait déjà disparu. Apparemment, cette capacité apparaît assez rapidement au cours de l'évolution après que les plantes ont colonisé les îles. Par exemple, à Hawaï, il y a des violettes arborescentes et aux îles Canaries, il y a des pissenlits arborescents.
Le concept d'arbre lui-même est assez flexible, ce qui va à l'encontre de la rigidité littérale de ce concept - rappelez-vous les tiges solides de sauge ou de lavande. Ce n'est pas une question de présence ou d'absence, c'est une question de degré. "Les plantes non arborescentes et les grands arbres avec du bois représentent les deux extrémités de la multitude, et les conditions environnementales peuvent affecter le degré de ressemblance avec les arbres montré pour certaines plantes", a écrit Hoover avec un collègue dans un article de 2010 dans le magazine New Phytologist. "En effet, les termes" herbeux "et" arborescent ", bien que très pratiques, ne reconnaissent pas l'énorme diversité anatomique et la présence de différents degrés de nature arborescente dans les plantes appartenant à l'une ou l'autre classe."
La biologie moléculaire offre certaines idées sur la raison pour laquelle la capacité de générer du bois est maintenue et apparaît si souvent dans le processus d'évolution des plantes. Les gènes associés à la régulation à la hausse de la croissance des pousses, qui assurent la croissance «principale» des arbres et autres plantes, sont également actifs pendant la croissance secondaire produisant du bois. Cela suggère que les nouveaux gènes qui régulent l'apparence du bois, en cours d'évolution, ont absorbé les gènes déjà existants et critiques pour la croissance des pousses. Cela peut également expliquer pourquoi la capacité de produire du bois est préservée dans les plantes qui n'en ont pas et pourquoi, d'un point de vue évolutif, il est si facile de réactiver cette capacité.
Cependant, pour être un arbre, il n'est pas nécessaire de produire du bois. Parmi les
monocotylédones , un énorme groupe de plantes qui ont perdu la capacité de repousser, il y a des représentants arborescents qui ne sont pas de «vrais» arbres, mais qui ressemblent définitivement à des arbres. Les bananes poussent à une grande hauteur à l'aide de quelque chose qui ressemble à un tronc, mais en fait - sur une masse «pseudo-barrique» de bases de feuilles densément emballées et se chevauchant les unes les autres. Une vraie tige de bananier n'apparaît que pendant la floraison, poussant et dépassant des feuilles. Cependant, les bananiers peuvent atteindre 3 mètres de hauteur. La famille des palmiers, également apparentée aux monocotylédones, grandit en hauteur, poussant la pousse épaisse d'origine, au sommet de laquelle apparaît un énorme bourgeon (notez que les troncs des palmiers ne s'épaississent pas pendant la croissance).
Compte tenu de tout cela, il n'est pas surprenant qu'une analyse récente du génome de l'arbre puisse en dire peu sur les caractéristiques déterminantes de l'arbre. David Niall, généticien à l'Université de Californie à Davis, et ses collègues ont étudié la description du génome de 41 plantes (y compris les raisins) qui ont été séquencées depuis
le peuplier noir en 2006. Leur analyse, publiée l'année dernière dans la revue Annual Review of Plant Biology, a montré que les arbres produisant des fruits comestibles ont souvent anormalement de gènes dans leur génome consacrés à la production et au transfert de sucres, par rapport aux arbres qui n'ont pas de fruits comestibles. Mais les tomates en ont aussi. Certains arbres, comme l'épinette, le pommier et certains eucalyptus, ont élargi leurs ensembles d'outils génétiques pour faire face à des problèmes tels que la sécheresse ou le gel. Mais il en est de même pour certaines plantes herbacées, dont les épinards et le
talus pulpus, Tal - un modèle de plante pour la biologie qui ressemble le plus possible à un arbre.
Jusqu'à présent, aucun gène ou ensemble de gènes caractéristique des arbres n'a été trouvé, ni aucune propriété particulière des gènes. Difficulté? Non: la duplication des gènes (souvent utilisée comme signe de complexité) est présente dans tout le règne végétal. Taille du génome? Non: les génomes les plus grands et les plus petits se trouvent dans les plantes herbacées (
Paris japonica et
Genlisea tuberosa, respectivement - la première est une plante spectaculaire à fleurs blanches, et la seconde est un petit prédateur qui attrape et est la plus simple).
La conversation avec Niall a confirmé que la forme arborescente dépend probablement davantage des gènes inclus que des gènes présents dans le génome. "Du point de vue du génome, les arbres, en général, ont presque tout la même chose que les herbes", a-t-il déclaré. - Les arbres sont grands, ont du bois, peuvent extraire l'eau du sol et la livrer en hauteur. Mais aucune biologie particulière n'est visible qui séparerait l'arbre de l'herbe. »
Mais, malgré les difficultés de classification, l'appartenance aux arbres présente des avantages indéniables. Cela permet aux plantes de profiter de la hauteur, où elles peuvent absorber la lumière du soleil et distribuer le pollen et les graines sans être soumises à des obstacles tels que leurs proches, poussant près du sol, l'expérience. Par conséquent, il est probablement temps de commencer à penser au mot «arbre» comme un verbe, et non comme un nom - «planter» ou «faire un arbre». C'est une stratégie, un mode d'existence, comme la natation ou le vol, même si de notre point de vue, c'est très lent. «Arborer» sans ligne d'arrivée définie - jusqu'à ce que la hache, le parasite ou la foudre de Thanksgiving vous détruise.