Chaque fois que la température baisse, un nuage passe au-dessus de la tête ou le coucher du soleil, une plante fait un choix: garder ses pores microscopiques, appelés stomates, ouvert pour absorber le dioxyde de carbone et continuer la photosynthèse ou les fermer pour protéger ses précieuses réserves d’eau. Cette capacité à ouvrir et à fermer les pores nécessite que la plante réponde aux changements environnementaux subtils en ajustant la pression dans les cellules des stomates – une capacité complexe que les plantes ont évolué sur des centaines de millions d’années.
Une équipe interdisciplinaire de biologistes, de physiciens et d’ingénieurs, dirigée par des chercheurs de la Yale School of the Environment, a développé une méthode pour observer ces changements de pression. La nouvelle approche, détaillée dans une étude publié dans PNAélargit largement la vitesse à laquelle – et le nombre d’espèces à partir desquelles les scientifiques peuvent prendre des mesures, ouvrant de nouvelles possibilités de recherche sur l’évolution des plantes et la physiologie avec des applications précieuses pour améliorer l’efficacité de l’eau, ont déclaré les chercheurs.
« Presque chaque usine terrestre utilise ce principe de pression interne afin de se développer, de reproduire et de faire tout ce qu’une plante fait, mais nous n’avions auparavant aucun accès à cette mesure », a déclaré Craig Brodersen, le professeur d’écologie physiologique de Howard et Maryam Newman et l’auteur principal de l’étude.
« Donc, une grande partie de la théorie fondamentale sur le fonctionnement des plantes est basée sur un ensemble de mesures extrêmement limité sur quelques espèces. »
L’étude est la première application publiée de la méthode dans les stomates dans les bryophytes (une lignée qui comprend des mousses), ce qui contribuera à mieux comprendre la trajectoire évolutive des premières plantes de la Terre, a noté l’équipe.
Cavitation Microbubble Dissolution dans une cellule de garde minimus de Senecio à acclio foncé. Voir les images statiques d’accompagnement de la figure 1E, et un tracé du rayon de microbulles par rapport au temps de la figure 1g. Crédit: Actes de l’Académie nationale des sciences (2025). Doi: 10.1073 / pnas.2419887122
Pour mesurer les changements de pression qui forcent mécaniquement les stomates à s’ouvrir et à se fermer, les scientifiques ont traditionnellement des cellules percées avec un tube en verre fragile qui mesure une fraction de la largeur des cheveux humains. Les tubes se cassent facilement et la méthode à forte intensité de main-d’œuvre ne fonctionne que sur des espèces avec des cellules plus grandes.
En revanche, la nouvelle approche utilise un système laser adapté de manière créative des recherches menées à la Yale School of Medicine pour comprendre la régénération nerveuse chez les vers.
Une impulsion élevée d’énergie lumineuse se vaporise du liquide dans la cellule, créant de minuscules bulles. Bien que les bulles se dissolvent en une fraction de seconde, l’équipe a mesuré la taille maximale de la bulle, qui est proportionnelle à la pression qui l’entoure, en utilisant des caméras à grande vitesse.
Les chercheurs ont ensuite observé comment la pression change, en fonction de la taille de la bulle en réponse à l’évolution des niveaux de lumière. L’équipe a testé avec succès la méthode dans plus de 40 espèces végétales, dont plusieurs avec des cellules trop petites pour étudier précédemment.
Cavitation Microbubble Dissolution dans une cellule de garde minimus de Senecio-Acclimated Light. Voir les images statiques d’accompagnement de la figure 1F, et un tracé du rayon de microbulles par rapport au temps de la figure 1g. Crédit: Actes de l’Académie nationale des sciences (2025). Doi: 10.1073 / pnas.2419887122
La quantification de ces changements aidera les scientifiques à comprendre à quelle vitesse les stomates peuvent s’ouvrir et fermer, ce qui détermine finalement l’équilibre entre la quantité de carbone qu’une plante absorbe et la quantité d’eau qu’elle perd pendant que ses pores sont ouverts. L’efficacité d’utilisation de l’eau, comme cette mesure est appelée, est une préoccupation centrale de l’agriculture. Ces outils sont une première étape importante dans le développement de variétés de cultures qui sont plus économes en eau et améliorent la gestion de l’irrigation dans des environnements de scarce d’eau, a déclaré Brodersen.
L’équipe continue d’affiner la méthode et poursuit son travail pour concevoir un système pour obtenir une pression absolue.
Plus d’informations:
Craig R. Brodersen et al, la manométrie de bulle de cavitation in situ révèle un manque de modulation de turgesurs des cellules de garde activé par la lumière dans les bryophytes, Actes de l’Académie nationale des sciences (2025). Doi: 10.1073 / pnas.2419887122