Les fleurs sont peut-être plus anciennes que les dinosaures, mais les scientifiques ne parviennent pas à s'entendre sur la date de leur évolution
Les fleurs peuvent paraître délicates, mais les plantes à fleurs, que les scientifiques appellent angiospermes, sont l’un des organismes évolutifs les plus performants de la planète. Comprenant plus de 350 000 espèces connues, ils dominent le système écologique, façonnent les réseaux alimentaires et jouent un rôle essentiel dans la production d’oxygène. De plus, bon nombre d’entre elles sont des cultures commerciales précieuses – pensez aux roses, aux céréales et aux tomates.
Vous êtes-vous déjà demandé quand les fleurs ont évolué pour la première fois et ce qui s'est déroulé au cours de millions d'années d'évolution pour cultiver ces belles espèces ? Des recherches récentes apportent de nouvelles perspectives à ce débat de longue date entre scientifiques.
Quand vous pensez aux fossiles, vous pensez probablement aux dinosaures et aux ammonites – des créatures dotées d’os ou de coquilles dures qui sont restées préservées dans la roche malgré d’énormes changements géologiques. Mais les fleurs aux pétales fragiles et au pollen minuscule peuvent également être préservées en étant scellées dans de l'ambre, cristallisées ou carbonisées.
En général, les preuves fossiles les plus convaincantes datent du Crétacé inférieur (il y a environ 132 millions d’années). Cependant, les premières traces d’un bouton floral ont une origine jurassique (il y a environ 164 millions d’années). On l'appelle Florigerminis jurassica et a été trouvé en Chine. Mais tous les scientifiques ne sont pas d’accord pour dire qu’il s’agit d’une angiosperme, en raison des différentes définitions des organes floraux.
Les fleurs peuvent être préservées avec des détails saisissants. La sève et la résine dégoulinantes des arbres ont fossilisé les pétales et le pollen d'une fleur fossilisée dans une forêt de conifères de la Baltique il y a environ 34 à 38 millions d'années. Il s'agit de la plus grande fleur fossile conservée dans l'ambre connue, mesurant environ 3 cm de diamètre et environ trois fois plus grande que la plupart des fossiles floraux, montrant de beaux détails de cette fleur ancienne.
Jurassique ou Crétacé ?
Le moment de l'évolution des fleurs fait encore l'objet de débats entre scientifiques, mais la plupart des scientifiques se situent dans l'un des deux camps suivants : Jurassique ou Crétacé.
Des analyses utilisant des données moléculaires (ADN ou séquences protéiques) suggèrent que les fleurs pourraient être beaucoup plus anciennes que ne le montrent les archives fossiles – une origine jurassique (il y a 145 millions d’années) ou même triasique (il y a 201 millions d’années).
Les organismes de différents clades majeurs (un groupe d'organismes descendant d'un ancêtre commun) peuvent converger au fur et à mesure de leur évolution. Mais les scientifiques ne s’entendent pas toujours sur quels organismes appartiennent à quelle lignée évolutive. Nous devons donc combiner toutes les informations dont nous disposons pour avoir une compréhension plus nuancée de l’évolution des fleurs.
Décrypter le passé par les données moléculaires
Savoir quand et comment les plantes à fleurs sont apparues pour la première fois et quand elles ont divergé des autres plantes est important pour les scientifiques. Cela nous aiderait à comprendre comment les angiospermes se sont adaptés à différents environnements, leurs interactions avec d'autres organismes et leur réponse aux événements géologiques majeurs, tels que le changement climatique et les extinctions massives.
L’une des techniques utilisées par les scientifiques pour déterminer le timing des événements évolutifs est « l’horloge moléculaire ». Ce concept est né de la compréhension que les mutations génétiques ont tendance à s’accumuler à un rythme constant à la fois dans le temps et dans l’espèce. Le taux de mutation peut être comparé au tic-tac constant d’une horloge.
Les variations dans les séquences génétiques entre différentes espèces peuvent aider à indiquer aux scientifiques quand elles ont divergé d'un ancêtre commun. Pour construire une horloge moléculaire, les chercheurs analysent les segments génétiques conservés tout au long de l'évolution d'une espèce.
Par exemple, les chercheurs peuvent estimer à quel moment les angiospermes modernes et leurs plus proches parents, tels que les gymnospermes, ont divergé en comparant leur ADN. Les conifères sont un exemple de gymnosperme. Les scientifiques peuvent également estimer la distance entre deux espèces d’angiospermes en comparant leur ADN.
Reconstituer le puzzle
Les caractéristiques physiques peuvent également nous en dire beaucoup sur l’évolution précoce des fleurs. Les scientifiques examinent les plantes fossiles et observent les changements progressifs dans les structures telles que les feuilles, les fleurs et les graines au fil du temps. La comparaison de leur anatomie permet aux chercheurs d’identifier les similitudes et les différences entre les espèces éteintes et encore vivantes, ou entre les espèces appartenant à différents clades.
Cependant, cette approche présente des limites. Les traits biologiques qui semblent similaires peuvent être le résultat d'une évolution convergente, indiquant des changements dans les caractéristiques d'adaptation environnementale, plutôt qu'une similarité génétique.
Par exemple, les nageoires des baleines et des poissons ont évolué indépendamment pour nager. Ces nageoires peuvent les rendre similaires, mais elles ne appartiennent même pas à la même classe évolutive : les baleines sont des mammifères et les poissons ne le sont pas. De même, les ailes des oiseaux, des chauves-souris et de certains insectes comme les papillons ont chacun développé la capacité de voler, mais elles présentent d'énormes différences dans leur anatomie et leurs gènes.
L'approche mathématique peut également aider
Il existe également une approche mathématique pour estimer l’âge des angiospermes, par exemple en utilisant la méthode du pont bayésien brownien (BBB). Ce modèle statistique est une formule scientifique qui utilise la répartition des fossiles dans le temps pour estimer l'âge d'un groupe.
En utilisant la méthode BBB, une équipe de recherche internationale a découvert que l’origine des angiospermes conforte une hypothèse pré-Crétacée. Cela signifie que les fleurs peuvent avoir évolué aux côtés des dinosaures et avoir survécu à ceux-ci.
Cette découverte conforte également l’hypothèse de Charles Darwin sur les fleurs, selon laquelle elles ont rapidement changé au cours de la période du Crétacé. Le projet a montré que la trajectoire d'évolution des angiospermes a connu une augmentation marquée de l'accumulation de lignées (ce qui signifie que les branches d'une famille ont montré une augmentation marquée du nombre de nouvelles familles) entre 125 millions et 72 millions d'années.
Comprendre les origines des angiospermes donne aux scientifiques des informations précieuses sur le réseau complexe de la vie sur notre planète. Cela peut également guider les efforts en matière d’agriculture et de conservation. Ainsi, la prochaine fois que vous vous émerveillerez devant une fleur vibrante ou que vous dégusterez un fruit juteux, rappelez-vous que l’histoire des angiospermes est une histoire de résilience, d’adaptation et de beauté – dont une grande partie attend encore d’être découverte.
Ruolin Wu, doctorant en paléobiologie, Université de Bristol
