Cette plante à feuilles bleues n'a pas peur du noir

Les fruits et les fleurs sont disponibles dans une large gamme de couleurs, ce qui peut aider les plantes à attirer des animaux utiles comme les pollinisateurs. Les feuilles sont généralement vertes, cependant, puisque c'est la couleur de la chlorophylle, les plantes pigmentaires utilisent pour la photosynthèse.

Mais les photosynthétiseurs ne doivent pas nécessairement être verts. De nombreuses plantes ont un feuillage rougeâtre, par exemple, en raison de la présence d'autres pigments en plus de la chlorophylle, comme les caroténoïdes ou les anthocyanes. Et avant que la Terre ait une atmosphère d'oxygène, la planète peut même avoir traversé une «phase violette», dirigée par des microbes violets qui utilisaient une molécule sensible à la lumière différente - la rétine - au lieu de la chlorophylle.

Et maintenant, grâce à une équipe de chercheurs en photonique et de biologistes, nous apprenons une autre tournure étrange de la photosynthèse: les bégonias bleu vif.

Emmêlé en bleu

Contrairement aux microbes violets, les feuilles bleues de ces bégonias dépendent de la chlorophylle tout comme la végétation verte. Pourtant, contrairement à de nombreuses plantes à feuilles rouges, elles ne tirent pas leur couleur des pigments supplémentaires non plus. Selon une nouvelle étude publiée dans la revue Nature Plants, leur feuillage saphir provient de quelque chose d'encore plus bizarre: des cristaux nanométriques qui les aident à survivre dans l'obscurité d'un sous-étage de forêt tropicale.

Les bégonias sont des plantes d'intérieur populaires, en partie parce qu'ils peuvent survivre à l'intérieur sans la lumière directe du soleil. Cette compétence a évolué parmi les bégonias sauvages sur les sols des forêts tropicales et subtropicales, où seuls des éclats de soleil ruisselent à travers la canopée au-dessus. Pour que la photosynthèse y fonctionne, les chloroplastes - les structures cellulaires qui contiennent de la chlorophylle - doivent tirer le meilleur parti du peu de lumière qu'ils reçoivent.

Plus de 1 500 espèces de bégonias sont connues de la science, dont quelques-unes qui ont longtemps ébloui les humains avec un éclat bleuâtre sur leurs feuilles. Cependant, comme l'explique la nouvelle étude, l'objectif biologique de ces feuilles bleues n'est pas clair, ce qui amène les scientifiques à se demander si cela dissuade les prédateurs ou protège les plantes contre trop de lumière.

Ce mystère a persisté jusqu'à ce que des chercheurs de l'Université britannique de Bristol et de l'Université d'Essex remarquent quelque chose au sujet du bégonia paon ( Begonia pavonina ), une espèce originaire des forêts montagnardes de Malaisie. Il est connu pour ses feuilles vert vif qui parfois, à certains angles de lumière, brillent d'un bleu irisé. Pourtant, il reste vert lorsqu'il est cultivé dans une lumière vive, ont-ils découvert, ne devenant bleu que dans une obscurité relative.

Le cristal foncé

Le papillon morpho bleu doit ses ailes irisées aux cristaux photoniques. (Photo: caspar s / Flickr)

Normalement, les chloroplastes contiennent des sacs aplatis liés à la membrane appelés thylakoïdes, qui sont organisés de manière lâche en piles. Ces piles sont l'endroit où se produit la photosynthèse, à la fois dans les plantes vertes et dans les bégonias bleus. Dans ce dernier, cependant, les thylakoïdes sont disposés plus précisément - si précisément, en fait, ils forment des cristaux photoniques, une sorte de nanostructure qui affecte le mouvement des photons.

"[U] ns au microscope, les chloroplastes individuels dans ces feuilles réfléchissaient la lumière bleue brillamment, presque comme un miroir", explique l'auteur principal Matthew Jacobs, Ph.D. étudiant en biologie à l'Université de Bristol, dans un communiqué sur la découverte.

"En regardant plus en détail en utilisant une technique connue sous le nom de microscopie électronique, nous avons trouvé une différence frappante entre les chloroplastes" bleus "trouvés dans les bégonias, également connus sous le nom d '" iridoplastes "en raison de leur coloration irisée bleue brillante, et ceux trouvés dans d'autres plantes "La structure interne s'était arrangée en couches extrêmement uniformes de quelques 100 nanomètres d'épaisseur, soit un millième de largeur de cheveux humains."

Ces couches sont assez petites pour interférer avec les ondes lumineuses bleues, et puisque les feuilles de bégonia sont bleues, Jacobs et ses collègues biologistes savaient qu'il devait y avoir une connexion. Ils se sont donc associés à des chercheurs en photonique de l'Université de Bristol, qui ont réalisé que les structures naturelles ressemblaient à des cristaux photoniques artificiels utilisés dans de minuscules lasers et autres appareils qui contrôlent le flux de lumière.

Avec les mêmes techniques utilisées pour mesurer ces cristaux artificiels, les chercheurs ont commencé à faire la lumière sur la version du bégonia paon. Ses iridoplastes réfléchissent toute la lumière bleue, les faisant apparaître bleus sans pigment, similaires aux animaux bleus irisés comme le morpho papillon bleu. Ils absorbent également plus de lumière verte que les chloroplastes standard, a révélé l'étude, offrant un indice sur la raison pour laquelle les bégonias deviennent bleus.

Lumière guidante

Les auvents denses de la forêt tropicale obligent les plantes plus courtes à tirer le meilleur parti du maigre soleil. (Photo: THPStock / Shutterstock)

Les plantes vertes ont l'air vertes car elles absorbent principalement d'autres longueurs d'onde de la lumière, laissant le vert se refléter dans nos yeux - et vers le bas à travers les interstices de la canopée. Ainsi, alors qu'un plafond d'arbres absorbe beaucoup de lumière bleue, le vert est moins rare sur les sols forestiers. Et comme les iridoplastes concentrent la lumière verte, ils peuvent aider les bégonias à vivre à l'ombre profonde en utilisant plus efficacement la lumière disponible. Lorsque les chercheurs ont mesuré les taux de photosynthèse dans des conditions sombres, ils ont découvert que les bégonias bleus récoltaient 5 à 10 pour cent plus d'énergie que les chloroplastes normaux dans les plantes vertes.

Ce n'est pas une énorme différence, mais dans les forêts tropicales de hardscrabble, cela pourrait donner aux bégonias le coup de pouce dont ils ont besoin. Et en savoir plus sur leur feuillage pourrait également bénéficier à l'humanité, ajoute le communiqué de Bristol, fournissant des plans que nous pourrions utiliser "dans d'autres plantes pour améliorer les rendements des cultures, ou dans des appareils artificiels pour améliorer l'électronique".

Des recherches supplémentaires seront nécessaires pour étudier des avantages potentiels comme ceux-ci, disent les auteurs de l'étude, et pour révéler à quel point ce phénomène est vraiment rare. L'étude a révélé que les bégonias de paon contiennent un mélange d'iridoplastes et de chloroplastes normaux, suggérant que les structures bleues "fonctionnent presque comme un générateur de secours", co-auteur et biologiste de Bristol Heather Whitney dit à Popular Mechanics. Les plantes peuvent utiliser des chloroplastes traditionnels s'il y a suffisamment de lumière, puis changer lorsque les niveaux de lumière tombent trop bas.

"C'est juste merveilleux et logique de penser qu'une plante a développé une capacité à manipuler physiquement l'éclairage autour d'elle de différentes manières", dit-elle.

Même si cela est répandu, il met en évidence un point important sur les personnes et les plantes. Le règne végétal regorge d'adaptations étonnantes qui peuvent aider les humains, des médicaments salvateurs aux cristaux qui se plient à la lumière, mais ils ont tendance à se développer dans les forêts - des écosystèmes qui subissent une pression mondiale croissante de l'exploitation forestière et de l'agriculture.

Les bégonias bleus peuvent être sûrs, mais ils ne sont qu'un aperçu des trésors cachés dans ce qui reste des forêts anciennes de la Terre. Comme le dit Whitney au Washington Post, vivre dans un écosystème compétitif pousse les plantes à évoluer ou à périr. "Ils ont probablement plein de trucs dont nous ne savons pas encore", dit-elle, "parce que c'est comme ça qu'ils survivent."

(Photos de bégonias de paon gracieuseté de Matthew Jacobs / Université de Bristol)

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