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La double fécondation chez les Angiospermes (plantes à fleurs)

 

 

         La première forme de vie végétale terrestre remonterait au milieu du Cambrien"Le Cambrien (entre −541 et −485 Ma) est la première Période du Paléozoïque (Ère Primaire). Son nom vient de "Cambria" (Cambrie en français), qui est le nom latin du Pays de Galles où de nombreux terrains de cette Période sont présents. Le Cambrien est marqué par l’"explosion" de la diversification des Phylums (Embranchements), particulièrement chez les Animaux, les Végétaux et les Bactéries." , il y a 500 millions d'années (3). Les premières plantes à fleurs ou Angiospermes"Du grec aggeîon « vase », « réceptacle » et spérma « graine », soit littéralement « graine dans un récipient », les Angiospermes désignent les plantes à fleurs portant des graines à l'intérieur d'un compartiment protecteur nommé ovaire." seraient, quant à elles, apparues sur la terre ferme il y a 214 millions d'années (4). En décembre 2021, on comptait dans le monde 318 965 espèces répertoriées (2).

         Les Angiospermes semblent apparaîtrent ex nihilo nihil lors d'un grand saut évolutif. Dans une lettre datant du 22 juillet 1879, adressée au botaniste Joseph Dalton Hooker, Charles Darwin faisait part de son désarroi sur la place des fleurs dans l’arbre du vivant. « The rapid development as far as we can judge of all the higher plants within recent geological times is an abominable mystery ». (1) (Le développement rapide, pour autant que nous puissions en juger, de toutes les plantes supérieures dans les temps géologiques récents est un abominable mystère.) Pourtant, la fleur n’est pas apparue comme par magie au cours de l’histoire des plantes. Les gènes de la première fleur n'ont pas surgis à cette occasion. Ils étaient déjà présents. Ils ont simplement été modifiés à partir de gènes existants de plantes dont l'ovule est à nu : les Angiospermes se sont formés grâce à l'héritage des Gymnospermes"Du grec gumnos « nu » et spérma « semence » les Gymnospermes sont des végétaux vasculaires portant des graines qui ne sont pas enfermés dans un compartiment spécialisé (elles sont nues) comme le fruit chez les Angiospermes." (5).

         Les fleurs des Angiospermes"Du grec aggeîon « vase », « réceptacle » et spérma « graine », soit littéralement « graine dans un récipient », les Angiospermes désignent les plantes à fleurs portant des graines à l'intérieur d'un compartiment protecteur nommé ovaire." se forment à partir de feuilles et de tiges qui subissent une modification majeure afin de devenir des organes servant à la reproduction sexuée. Et ce qui est vraiment très intéressant, c’est que cette reproduction s’accompagne d’une double fécondation.

         Dans une fleur, on appelle étamines"Du latin stamen, staminis « fil, filament », l'étamine désigne l'organe reproducteur mâle de la fleur. L'étamine est composée d'un filet et d'une anthère productrice de pollen." les pièces mâles qui généralement entourent une pièce femelle nommée pistil"Du latin pistillus « pilon », par analogie de forme, le pistil désigne l'organe reproducteur femelle de la fleur. Il se compose d'un ou plusieurs carpelles." (cas général d'une fleur hermaphrodite"Hermaphrodite était le fils d'Hermès, dieu messager et d'Aphrodite, déesse de l'Amour et de la Beauté. Il nait en tant que garçon, mais lors de son adolescence la naïade Salmacis, s'unit à lui pour ne former qu'un seul et même corps, à la fois masculin et féminin.
En biologie, un organisme est qualifié d'hermaphrodite s'il possède un appareil génital mâle et un appareil génital femelle qui lui permet de produire des spermatozoïdes et des ovules."
, qui contient à la fois des pièces mâles et des pièces femelles). Au bout des étamines se trouvent des sacs, les anthères"Du grec anthêrós « de fleur, florissant », l'anthère désigne le sac situé à l'extrémité de l'étamine. C'est à l'intérieur de ce sac que se forment les grains de pollen contenant les spermatozoïdes.", qui produisent les grains de pollen"Du grec palè « farine, poussière », le pollen est constitué de minuscules grains contenant chacun 2 spermatozoïdes.". Chaque grain de pollen contient deux spermatozoïdes"Du grec sperma « sperme, semence » et zôoeidês « semblable à un animal », un spermatozoïde est étymologiquement un gamète mâle qui se déplace à la manière d'un animal et qui participe à la reproduction sexuée." sans flagelle. Au bas du pistil, se situe un ovaire"Du latin ovum, « œuf », l'ovaire désigne chez les fleurs, la partie du carpelle dans laquelle se développent les ovules contenant des oosphères." qui contient un ou plusieurs ovules"Du latin ovum, « œuf », l'ovule désigne l'organe femelle contenu dans l'ovaire qui, après fécondation, se développera en graine.". Chaque ovule renferme un sac embryonnaire"Le sac embryonnaire est une partie de l'ovule des angiospermes qui renferme le gamète femelle et les cellules qui l'accompagnent." qui contient un œuf (oosphère) et une grosse cellule centrale. On appelle pollinisation le transfert de pollen des anthères aux ovules (par le vent, les insectes, etc.). Grâce au pollen, la fécondation chez les Angiospermes (plantes à fleurs) ne se fait pas en milieu aqueux, comme chez les Algues, les Bryophytes (mousses) et les Ptéridophytes (fougères), par exemple, qui, elles, ne contiennent pas de pollen. Chez les Angiospermes, les spermatozoïdes ne « nagent » pas de l’anthère jusqu’au sac embryonnaire ! Une fois collé à l'extrémité du pistil, sur une structure nommée stigmate"Le stigmate désigne la partie supérieure du pistil qui reçoit les grains de pollen." le grain de pollen germe. Un tube, appelé tube pollinique"Le tube pollinique est un tube émis par un grain de pollen après germination qui lui permet de conduire les gamètes mâles jusqu'à l'ovule.", se forme. Il permet d'établir la jonction stigmate - ovule et le dépôt des deux spermatozoïdes dans le sac embryonnaire. Tandis qu’un spermatozoïde féconde l’oosphère, qui deviendra un embryon, l’autre féconde les deux noyaux de la grosse cellule centrale du sac embryonnaire. Celle-ci deviendra un tissu riche en amidon, appelé endosperme, réserve nutritive pour la future graine. C'est cette union de deux spermatozoïdes à deux cellules différentes du sac embryonnaire, qui est appelée double fécondation. Cette double fécondation permet de synchroniser, à l’intérieur même de la graine, l’élaboration d’une réserve nutritive, avec le développement d’un embryon. L’endosperme ne se forme que si l’oosphère a été fécondée. Ainsi, il n’y a pas de gaspillage de nutriments. L’ovaire devient alors mature et porte le nom de fruit. Chaque fruit contient une ou plusieurs graines. Lorsque la graine germe, l’embryon de la plante peut se développer, dans un premier temps, grâce à la réserve nutritive (endosperme) contenue dans la graine. Et c’est seulement lorsqu’elle est capable d’effectuer la photosynthèse que la jeune plante devient autonome.

         La pollinisation est essentielle pour la reproduction des plantes. Chez les Angiospermes les modes de transport du pollen, abiotiques (non-vivants) et biotiques (vivants) sont le vent, l'eau, les Abeilles, les Papillons, les Chauves-souris, les Mouches et les Oiseaux. Les plantes à fleurs séduisent les pollinisateurs pour mieux les attirer. Ainsi, une équipe de recherche basée à Tel Aviv, a montré que pour augmenter ses chances de pollinisation l’Onagre bisannuelle (Oenothera biennis) entend les sons produits par les ailes des Abeilles et y répond en produisant un nectar plus sucré, ce qui lui confère un avantage évolutif certain (6).

 

BIBLIOGRAPHIE

  N°1 FRIEDMAN W.E. (2009)
« The meaning of Darwin's 'abominable mystery’ »
American Journal of Botany
Vol. 96, no 1,‎ janvier 2009, p. 5-21

  N°2 LE GUYADER Hervé (2022)
À la recherche de la fleur ancestrale
POUR LA SCIENCE N° 531, pages 92-94, janvier 2022

  N°3 MORRIS J.L. and al. (2018)
The timescale of early land plant evolution
PNAS, 115, E2274-E2283, 2018

  N°4  MURAT F. and al. (2017)
Reconstructing the genome of the most recent common ancestor of flowering plants
Nature Genetics 49, 490–496, 2017

  N°5 PARCY François (2022)
"L'abominable mystère" des plantes à fleurs
Les Indispensables de Sciences et Avenir n°208 (janvier/ mars 2022)

  N°5' PARCY François (2019)
L'histoire secrète des fleurs
Éditions Humensciences
Collection Comment a-t-on su ?
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  N°6 Marine Veits, Itzhak Khait, Uri Obolski, Eyal Zinger, Arjan Boonman, Aya Goldshtein, Kfir Saban, Rya Seltzer, Udi Ben-Dor, Paz Estlein, Areej Kabat, Dor Peretz, Ittai Ratzersdorfer, Slava Krylov, Daniel Chamovitz, Yuval Sapir, Yossi Yovel, and Lilach Hadany (2019)
Flowers respond to pollinator sound within minutes by increasing nectar sugar concentration
Ecology Letters, (2019) 22: 1483–1492

  N°7 URRY Lisa, CAIN Michael, MINORSKY Peter, WASSERMAN Steven, REECE Jane (2020)
« Biologie de Campbell »
Éditeur : Erpi
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