Les arbres pourraient-ils savoir quand le solstice d'été serait-il?

Les gens célèbrent le solstice d'été avec des rituels élaborés depuis les temps préhistoriques. Mais les humains ne sont pas la seule espèce à prendre la marque le 21 juin comme un moment spécial. Les études montrent que le solstice d'été est également un indice important pour les plantes.

Des études récentes, dont l'une des miennes, ont proposé que les arbres puissent utiliser le jour le plus long de l'année comme marqueur clé pour leur croissance et leurs cycles de reproduction. Le solstice semble agir comme un rappel de calendrier pour les arbres.

Par exemple, au solstice, les arbres poussant dans des endroits froids ralentissent la création de nouvelles cellules de bois et concentrent leur énergie sur la finition des cellules déjà formées mais toujours incomplètes. Cela garantit que les arbres ont le temps de terminer la construction de cellules avant les coups d'hiver. Les cellules incomplètes sont endommagées par le gel des températures hivernales, ce qui les rend inutiles pour le transport en eau l'année suivante.

Dans un sens similaire, les arbres utilisent le solstice pour affiner la «liquidation», ou sénescence, de leurs feuilles en préparation de l'automne. La sénescence permet à l'arbre de réabsorber les nutriments critiques des feuilles avant de tomber. Ce processus est synchronisé pour équilibrer la lumière du soleil de la «finition» trop tôt, contre le laisser trop tard et perdre des nutriments si des feuilles encore vert sont tuées par des gelées d'automne.

Les observations par satellite des forêts et les expériences contrôlées dans les serres révèlent que les températures plus chaudes immédiatement avant le solstice provoquent le début du brunissement des feuilles plus tôt. En revanche, des températures plus chaudes juste après le solstice ralentissent le processus de sénescence.

Cela signifie une période de transition plus longue des feuilles vertes aux feuilles entièrement brunes. Cet réglage fin permet aux arbres d'étendre la période de photosynthèse dans les années où les températures restent plus chaudes plus longtemps, afin qu'ils ne manquent pas ces conditions favorables.

Mais tous les scientifiques ne sont pas convaincus. D'un point de vue évolutif, le solstice n'est peut-être pas le meilleur marqueur saisonnier pour synchroniser ces transitions. Par exemple, dans les forêts de l'extrême nord, les feuilles n'apparaissent pas avant le début de juin, seulement des jours avant le solstice, et la saison de croissance peut s'étendre jusqu'au octobre. Dans ces forêts, l'utilisation du solstice pour initier le processus de liquidation n'a pas de sens pour les arbres qui viennent de commencer à croître pour l'année.

Néanmoins, il y a plus de consensus sur les plantes utilisant le solstice pour synchroniser la reproduction.

Dans de nombreuses plantes, en particulier les arbres des latitudes moyennes tempérées, le nombre de graines qu'ils produisent varie considérablement d'année en année, connue sous le nom de mât. Un grand hêtre européen peut produire des centaines de milliers de graines dans une année exceptionnelle (un «événement de mât») et renoncer à la reproduction au cours d'autres années.

Les hêtres varient leur production annuelle de graines en étape, souvent à l'échelle continentale. Ils le font pour augmenter l'efficacité de leur reproduction.

Un petit papillon, Cydia Fagiglandanapond ses œufs dans des fleurs de hêtre. Lorsque les larves éclosent, ils mangent et détruisent les graines en développement. Les cycles de la famine et des années de pare-chocs aident à protéger leurs graines de ces papillons.

Les hêtres britanniques perdent généralement moins de 5% de leurs graines pour Cydia Parce que les cycles affamement les papillons de nuit en nombres faibles prêts pour les années de mât. Mais lorsque les arbres sont non synchronisés, la perte de graines peut augmenter à plus de 40%.

Pendant des décennies, nous savons que les événements de mât de hêtre se produisent au cours de l'année après un été chaud. Ces températures plus chaudes déclenchent une augmentation de la formation des boutons floraux. Plus de boutons floraux conduisent généralement à une plus grande récolte de graines qui automne.

Les scientifiques ont longtemps perplexe sur la façon dont les hêtres à travers l'Europe semblent utiliser la même fenêtre saisonnière pour contrôler les événements de mâts. Leur production de semences est déterminée par les températures fin juin et début juillet, quelle que soit leur croissance en Europe. Mais comment un hêtre peut-il connaître la date?

Dans l'étude de mon équipe en 2024, nous avons montré qu'ils utilisaient le solstice comme marqueur de saison. Dès que les jours commencent à se raccourcir après le solstice, les hêtres à travers l'Europe semblent détecter simultanément la température.

Partout où les températures sont supérieures à la moyenne dans les semaines suivant le solstice peuvent s'attendre à avoir un événement de mât l'année prochaine. Les conditions météorologiques dans les semaines précédant le solstice, en revanche, semblent sans importance. Comme on le voit sur les cartes météorologiques, les sorts chauds et frais ont tendance à se produire simultanément sur de grandes surfaces.

Cela permet aux hêtres de maximiser la synchronie de leur reproduction, que ce soit investi dans une année de mât (températures chaudes) ou de renoncer à la reproduction pendant un an (températures basses). L'utilisation d'un marqueur fixe comme le solstice est la clé pour atteindre cette synchronie et les avantages qui en découlent.

Les preuves de ce phénomène proviennent d'observations dans des dizaines de forêts à travers l'Europe. Cependant, mon groupe de recherche collabore avec environ une douzaine d'autres groupes en Europe pour tester cet effet en manipulant la température des branches de hêtre avant et après le solstice sur différents sites. Les recherches en cours avec lesquelles je suis impliqué semblent montrer que les gènes en floraison sont activés au solstice d'été.

En outre, les études sur les rythmes circadiens des plantes montrent qu'ils ont des mécanismes dans leurs molécules qui leur permettent de détecter et de répondre à de minuscules changements de longueur de jour. C'est la base de cette échelle extraordinaire de reproduction synchronisée.

Si le temps est chaud au cours du mois prochain, il y a de fortes chances que les hêtres dans votre région aient de lourdes cultures de semences à l'automne. De plus, les arbres à travers le Royaume-Uni et dans le nord et l'Europe centrale feront probablement de même.

Andrew Hacket-Pain, maître de conférences, École des sciences de l'environnement, Université de Liverpool