L’urbanisation et les activités humaines ont transformé une proportion importante des terres de la planète, entraînant la formation d’environnements urbains. Ces environnements urbains sont des habitats artificiels qui imposent souvent plusieurs pressions sélectives sur leurs habitants.
Une caractéristique clé de ces environnements est la présence de surfaces imperméables retenant la chaleur créées à partir de brique, de pierre, d’asphalte et de béton. Ces surfaces forment notamment des îlots de chaleur urbains, c’est-à-dire des régions où les températures de surface sont élevées.
Un résultat inattendu du stress thermique est l’impact sur le comportement, la physiologie et les trajectoires évolutives des organismes résidents. Bien que plusieurs études aient étudié le rôle du stress thermique urbain sur l’évolution des animaux, ses effets sur l’évolution des plantes restent largement inexplorés.
Pour combler cette lacune, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur agrégé Yuya Fukano de la Graduate School of Horticulture de l’Université de Chiba, au Japon, a étudié comment les îlots de chaleur urbains affectent la couleur des feuilles d’Oxalis corniculata, également connue sous le nom d’oxalide rampante.
Cette plante présente diverses couleurs de feuilles allant du vert au rouge et se trouve dans les espaces urbains et non urbains du monde entier. La recherche suggère que ces variations de couleur servent d’adaptation évolutive pour protéger la plante du stress environnemental. De plus, on pense que les pigments rouges (anthocyanes) présents dans les feuilles atténuent les dommages induits par la chaleur et la lumière en interceptant la lumière et en formant des antioxydants.
Pour étudier cette théorie évolutionniste, le Dr Yuya Fukano et son équipe, composée du Dr Wataru Yamori de l’Université de Tokyo, du Dr Yuuya Tachiki de l’Université métropolitaine de Tokyo et du Dr Kenta Shirasawa du Kazusa DNA Research Institute, ont mené des observations sur le terrain. la répartition de la couleur des feuilles chez l’oseille rampante, dans les régions urbaines et non urbaines, à l’échelle locale, paysagère et mondiale.
Les résultats de leur étude ont été publiés dans Avancées scientifiques. « Nous avons remarqué que les variantes à feuilles rouges de l’oseille rampante poussaient généralement à proximité de surfaces imperméables dans les zones urbaines, mais poussaient rarement dans les terres agricoles ou les espaces verts dans et autour de la ville », explique le Dr Fukano.
L’équipe a identifié un modèle dans lequel les variantes à feuilles vertes de l’oseille rampante dominaient les espaces verts tandis que leurs homologues à feuilles rouges dominaient les sites urbains de Tokyo, tant au niveau local que paysager. Après un examen plus approfondi d’une base de données en ligne, l’équipe a découvert que ces résultats géographiques étaient cohérents à travers le monde, confirmant ainsi un lien entre l’urbanisation et les variations de couleur des feuilles de l’oseille rampante.
Cela a motivé l’équipe à quantifier les avantages adaptatifs de ces variations de couleur des feuilles en examinant leur influence sur la croissance de la biomasse et la capacité photosynthétique dans des conditions de stress thermique et hors stress thermique dans le cadre d’expériences de culture contrôlées et non contrôlées.
Grâce à ces expériences, l’équipe a découvert que les variantes à feuilles rouges présentaient des taux de croissance supérieurs et une efficacité photosynthétique plus élevée à des températures élevées, tandis que les variantes à feuilles vertes prospéraient à des températures plus basses. En conséquence, les variantes à feuilles rouges ont tendance à prospérer dans les zones urbaines à faible densité végétale en raison de leur forte tolérance au stress. L’inverse est vrai pour leurs homologues à feuilles vertes, qui affichent une compétitivité de croissance plus élevée dans des espaces verts luxuriants.
« Bien que ces résultats ne changeront pas grand-chose dans un avenir immédiat, cette étude présente l’un des exemples les plus populaires d’évolution continue pouvant être observée dans les zones urbaines », explique le Dr Fukano.
L’équipe a également mené des analyses génétiques à l’échelle du génome, qui ont indiqué que la variante à feuilles rouges d’O. corniculata pourrait avoir évolué plusieurs fois à partir de la plante ancestrale à feuilles vertes. Discutant des implications de ces découvertes, le Dr Fukano déclare : « Les îlots de chaleur urbains sont des précurseurs du réchauffement climatique. Comprendre l’évolution adaptative rapide des organismes urbains aux températures élevées fournira des informations précieuses sur la dynamique des écosystèmes et la production agricole durable.
Ces adaptations au stress des températures élevées s’étendent probablement au-delà de la couleur des feuilles, ce qui justifie des recherches plus approfondies sur divers traits des plantes pour une compréhension globale de l’adaptation des plantes aux îlots de chaleur urbains.
Plus d’information:
Yuya Fukano et al, Du vert au rouge : le stress thermique urbain détermine l’évolution de la couleur des feuilles., Avancées scientifiques (2023). DOI : 10.1126/sciadv.abq3542. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq3542