L’avertissement caché des couleurs d’automne

À l’automne 2014, un satellite de la NASA nommé Terra a survolé l’Amérique du Nord et a observé les feuilles en haute altitude. Sur une photo aérienne prise en septembre, des bandes orange et rouge saturent le paysage vert, comme si elles enflammaient la planète dans un brasier sans fumée. Si un extraterrestre se trouvait sur cette scène annuelle, il pourrait confondre le spectacle avec un signal intentionnel – une fusée de combat, peut-être, ou un appel de détresse. En revanche, les scientifiques de la Terre ont longtemps écarté les couleurs de l’automne comme une simple coïncidence. « De telles extravagances biochimiques… semblent n’avoir aucune fonction dans les arbres », a écrit un physiologiste des plantes en 2000, faisant écho au sentiment de la biologiste écossaise du XIXe siècle Marion Newbigin.

Mais à la fin des années 1990, William D. Hamilton, un théoricien de l’évolution à Oxford, a proposé que les teintes vibrantes des arbres à l’automne étaient en fait un signal, destiné à éloigner les parasites qui pondent leurs oeufs en automne. Selon lui, ce comportement doit être le résultat d’une coévolution, dans laquelle deux ou plusieurs espèces s’adaptent mutuellement. Les plantes et leurs pollinisateurs sont un cas classique. « Une fleur et une abeille peuvent lentement changer, soit simultanément soit l’une après l’autre, se modifier et s’adapter l’une à l’autre de la manière la plus parfaite », a écrit Charles Darwin dans L’Origine des espèces. Une modification de la fleur entraîne une modification de l’abeille, qui entraîne une modification de la fleur … et ainsi de suite, jusqu’à ce qu’enfin, le processus de pollinisation naisse.

Il doit y avoir une raison pour laquelle certaines feuilles mourantes se sont colorées à l’automne alors que d’autres non.

Hamilton a suggéré que les couleurs d’automne ont évolué par un chemin similaire. Chez les espèces d’arbres qui souffrent beaucoup des dégâts causés par les insectes, a-t-il soutenu, la variation naturelle aurait produit certains arbres individuels avec des défenses plus fortes – des toxines peut-être – ainsi que, par coïncidence, des feuilles plus brillantes. Certains des insectes qui attaquent ces arbres auraient évolué pour « lire » les couleurs des arbres comme des signes d’avertissement et auraient plutôt colonisé des arbres plus ternes et moins pourvu de défenses. Dans ce scénario, les arbres les plus colorés et les insectes les plus intelligents auraient été les plus susceptibles de survivre, transmettant leurs gènes et leur comportement.

Hamilton est mort en 2000, mais ses idées, publiées l’année suivante, ont suscité un débat sérieux. « Au départ, le domaine était très conflictuel – les botanistes contre les écologistes, s’accusant mutuellement d’être des idiots« , se souvient Marco Archetti (aujourd’hui à l’Université d’East Anglia, en Angleterre), qui a aidé Hamilton à modéliser la théorie de la signalisation alors qu’il était étudiant en licence. Aujourd’hui, après plus de deux décennies de collecte de preuves et de contre-preuves, de présentation d’arguments et de réfutation, les experts ne sont toujours pas parvenus à un consensus. Même Archetti admet que la théorie ne tient pas vraiment la route pour les feuilles jaunes. Mais les feuilles rouges pourraient bien correspondre au récit de Hamilton. La couleur du sang, des panneaux stop et des grenouilles venimeuses, le rouge pourrait être aussi alarmant dans les feuilles d’automne que partout ailleurs.

Les manuels d’écologie expliquent souvent que la coloration automnale est un sous-produit accidentel de la mort des feuilles. Les arbres à feuilles caduques perdent leurs feuilles en automne pour se préparer à l’hiver, lorsque les températures glaciales et les jours plus courts réduisent la quantité d’énergie chimique qu’ils sont capables de fabriquer à partir de la lumière du soleil. Avant que ses feuilles ne tombent, cependant, un arbre – dans une sorte d’auto-cannibalisme – décompose la chlorophylle, un pigment vert photosynthétisant, en nutriments tels que l’azote, qui sont absorbés par le tronc et stockés pour le printemps. Le moment est crucial : si l’arbre tue ses feuilles trop tôt, il manque la lumière du soleil. S’il attend trop longtemps, ses feuilles vertes gèleront, l’empêchant d’absorber leurs nutriments.

Si les arbres veulent décourager les insectes herbivores, la coloration jaune des feuilles est la pire stratégie qu’ils puissent choisir.

Comme les arbres récoltent leur propre chlorophylle, les autres pigments de leurs feuilles sont démasqués ou synthétisés. Les caroténoïdes, par exemple, absorbent la lumière violette, bleue et verte, réfléchissant les jaunes et les oranges. Au printemps et en été, ils contribuent à la photosynthèse, mais comme ils sont moins concentrés que la chlorophylle, leurs couleurs sont cachées. En automne, les arbres absorbent les caroténoïdes plus lentement, voire pas du tout, ce qui permet à leurs teintes jaunes et oranges de transparaître. Les anthocyanines, une autre classe de pigments présents dans certaines feuilles d’automne, donnent au feuillage une teinte rougeâtre, voire violacée. Contrairement aux caroténoïdes, ils ne sont pas présents pendant la saison de croissance, mais sont plutôt produits pendant le processus de mort.

Il est clair que le changement de couleur et la mort des feuilles sont étroitement liés. Mais, selon Hamilton et Archetti, ils n’ont pas besoin de l’être. Les érables et les chênes présentent de brillantes nuances automnales tandis que d’autres arbres du même climat, comme les sapins et les épicéas, sont à feuilles persistantes, perdent continuellement leurs feuilles et en produisent de nouvelles tout au long de l’année. Les chercheurs ont supposé qu’il y avait une raison pour laquelle certaines feuilles mourantes se coloraient à l’automne alors que d’autres ne le faisaient pas.

Avec les encouragements de Hamilton, Archetti s’est mis au travail pour créer un modèle utilisant la théorie des jeux, selon laquelle, dit-il, « votre meilleure décision dépend de ce que les autres participants à la situation vont décider ». Prenez, par exemple, les plumes de la queue du paon mâle. La théorie du jeu montre que les mâles ont développé de grandes queues colorées parce qu’elles attiraient les femelles, mais seuls les mâles les plus en forme pouvaient se permettre les étalages les plus voyants parce que les grandes queues rendaient plus difficile la fuite des prédateurs. Les femelles, à leur tour, choisissaient de s’accoupler avec les mâles les plus ostentatoires parce que les femelles ont évolué pour faire confiance à ce spectacle comme un signe de force génétique.

Archetti pensait que la théorie des jeux pouvait décrire de la même façon la confrontation évolutive entre les arbres et les insectes. Tout comme les paons mâles doivent « décider » combien de ressources, s’il y en a, à investir dans une grande queue, les arbres doivent « décider » combien de ressources valent la peine d’être investies dans un spectacle d’automne. Les insectes, quant à eux, doivent décider quels arbres sont les plus accueillants, tout comme les paons femelles doivent décider quels partenaires potentiels sont les plus aptes. Pour Archetti, pour que les couleurs d’automne évoluent comme un signal fiable, comme la queue du paon, elles doivent être à la fois utiles et imposantes. Sinon, les arbres les arboreraient au gré des circonstances, et le message perdrait son sens.

La validation du modèle d’Archetti a nécessité des données empiriques. Avant sa mort, Hamilton et Sam Brown, zoologiste à Oxford, ont réussi à trouver des preuves dans la littérature scientifique. Dans leur article de 2001, ils ont décrit comment la production de couleurs automnales vives pouvait effectivement être coûteuse, comme l’avait prédit Archetti. Une étude a montré qu’avant la chute de leurs feuilles, les érables de Norvège n’absorbaient pas plus de 50 % des caroténoïdes des feuilles. Hamilton et Brown ont supposé que les pigments perdus auraient pu être utilisés à bon escient comme source d’énergie, mais qu’ils ont été abandonnés comme signal d’alarme, ce qui a permis de garder les feuilles jaunes plus longtemps. Les arbres, affirmaient-ils, perdent également un temps précieux de photosynthèse en sacrifiant la chlorophylle au début de l’automne pour dévoiler des signaux colorés qui durent des semaines ou des mois. Et les arbres qui fabriquent de nouveaux composés colorés, notamment des anthocyanines, des produits chimiques fluorescents et des azurants optiques, consomment de l’énergie dans le processus.

Hamilton et Brown ont également nommé une famille d’insectes qui, selon eux, pourrait avoir contribué à l’évolution des couleurs automnales de certains arbres. Les pucerons, un parasite suceur de sève commun aux régions tempérées du monde entier, peuvent propager des virus, retarder la croissance d’un arbre et réduire son volume de deux tiers. Les chercheurs ont fait valoir que, comme les pucerons migrent parfois et colonisent de nouvelles plantes en automne, précisément au moment où les feuilles changent de couleur, ils auraient pu évoluer pour lire ce changement comme un signal. De plus, certaines espèces de pucerons peuvent distinguer les teintes brillantes et ternes, en particulier les jaunes, et ont une préférence pour les teintes plus diluées.

De nombreux biologistes des plantes étaient cependant sceptiques. Ils ont souligné que les pucerons migrent pendant d’autres saisons que l’automne, ce qui suggère que leur choix d’arbre n’a souvent rien à voir avec la couleur. Les critiques ont plutôt suggéré que les arbres déploient des anthocyanines et des caroténoïdes comme écrans solaires pendant l’automne, lorsque leurs feuilles sont les plus vulnérables aux dommages causés par le soleil en raison des conditions environnementales.

Certains experts soutiennent que l’évolution des couleurs d’automne, même le rouge, n’a rien à voir avec les insectes.

Puis, en 2007, Thomas Döring, expert en vision des insectes à l’université Humboldt de Berlin, et un collègue ont pris à partie Hamilton et Brown pour leurs hypothèses sur la vision des couleurs des pucerons. Des expériences en laboratoire avec des pucerons verts du pêcher avaient montré que les insectes « essayaient avec enthousiasme de percer avec leurs proboscides des surfaces qui réfléchissent la lumière verte à jaune », a écrit Döring et son co-auteur dans la revue PLoS ONE. Si le jaune était un signal pour rester à l’écart, ces insectes ne recevaient pas le message. Dans ses propres recherches, Döring a découvert que la lumière jaune stimule les mêmes photorécepteurs chez les pucerons que la lumière verte, ce qui implique que les insectes ne peuvent probablement pas faire la différence entre les feuilles vertes et jaunes. « Si les arbres voulaient dissuader les insectes herbivores en utilisant la couleur, la coloration jaune des feuilles est à peu près la pire stratégie qu’ils pourraient choisir », ont conclu les auteurs.

Archetti n’est pas convaincu. Il a persuadé Döring de collaborer à une expérience visant à tester les couleurs que les pucerons préfèrent réellement, en se basant sur leur comportement sur le terrain. Sur une parcelle de terre nue et sablonneuse, les chercheurs ont installé 140 bacs à eau pour piéger les pucerons, chacun peint une des 70 couleurs d’automne. Lorsque les résultats sont arrivés, Archetti a dû admettre qu’il s’était trompé sur le jaune : Les plats jaunes attiraient encore plus de pucerons que les verts. Pour les pucerons, le jaune semblait n’être qu’un « vert super brillant », explique Archetti. Les caroténoïdes ont été éliminés du jeu de la théorie coévolutionnaire. La théorie, cependant, tenait toujours pour les anthocyanes rouges : les insectes évitaient les pièges rouges.

Le test idéal de la théorie de Hamilton et Archetti serait un essai contrôlé : Prendre deux groupes d’arbres à feuilles rouges, exposer un seul groupe aux insectes nuisibles, et les observer pendant plusieurs générations. Si le rouge est un signal d’alarme, alors on s’attendrait à ce que ce trait disparaisse dans la population d’arbres libérés de la pression sélective de la prédation par les insectes. Bien sûr, l’expérience serait irréalisable – aucun scientifique aujourd’hui ne vivrait pour en voir la fin. Mais Archetti a trouvé une solution intelligente.

Dans un article publié en 2009, il a comparé les populations de pommiers sauvages avec leurs parents domestiqués, que les agriculteurs ont commencé à élever il y a 2 000 ans. Les insectes s’attaquent toujours aux arbres domestiques, mais les humains contrôlent l’élevage des arbres. Le fait qu’un arbre évite ou non une infestation d’insectes a donc beaucoup moins d’influence sur la production de sa progéniture. Selon Archetti, sans cette pression adaptative, les feuilles rouges finiraient par être éliminées du pommier. En fait, ce renversement de l’évolution semble déjà se produire : En Asie centrale, selon Archetti, les feuilles deviennent rouges chez 62 % des pommiers sauvages, mais seulement 39 % des pommiers domestiqués. De même, souligne-t-il, les abricotiers et les noyers sauvages en Asie ont tendance à devenir rouge-orange alors que les cultures européennes restent vertes ou deviennent jaunes.

Selon le modèle de la théorie des jeux d’Archetti, les arbres à teinte rouge devraient également être les plus nuisibles aux insectes. Archetti a vérifié cette hypothèse en observant des colonies de pucerons sur 40 pommiers à feuilles vertes, 40 à feuilles jaunes et 40 à feuilles rouges. Les insectes se sont installés sur les arbres en automne et, en été, environ deux tiers des descendants des colonies de feuilles vertes et environ la moitié des colonies de feuilles jaunes ont survécu. Dans les colonies de feuilles rouges, cependant, le taux de survie n’était que d’un tiers, ce qui suggère qu’une caractéristique inconnue des arbres à feuilles rouges entravait la reproduction. En 2012, des chercheurs néo-zélandais étudiant la pyrale brun clair de la pomme, un autre parasite des pommiers, ont montré qu’un régime de feuilles rouges tuait les larves de pyrale ou ralentissait considérablement leur développement.

Pourtant, certains experts soutiennent que l’évolution des couleurs d’automne, même le rouge, n’a rien à voir avec les insectes. « Les biologistes évolutionnistes ont tendance à considérer la couleur comme un signal visuel », alors qu’il s’agit souvent d’un simple effet secondaire des processus cellulaires, explique David Lee, botaniste à la retraite, qui travaillait auparavant à l’Université internationale de Floride. D’autres experts ne voient plus l’intérêt d’argumenter. « En fait, il n’y a pas de conflit si les couleurs d’automne ont plus d’une fonction primaire », dit Jarmo Holopainen, un écologiste de l’Université de Finlande orientale. Kevin Gould, un écophysiologiste de Nouvelle-Zélande, est d’accord. La protection contre les dommages causés par le soleil a peut-être été « la principale force motrice de l’évolution des feuilles rouges », dit-il, « mais les pigments ont peut-être été cooptés pour d’autres fonctions », comme la dissuasion des parasites.

Une partie de la force durable de l’hypothèse de Hamilton pourrait être son attrait esthétique. Même Marion Newbigin, qui, il y a plus de 100 ans, ne voyait aucune preuve que la coloration automnale était « de la plus petite utilité », n’a pas pu résister à la possibilité que les forces darwiniennes étaient à l’œuvre. « Et pourtant, écrit-elle en 1898, elle montre souvent à un degré extraordinaire la beauté et la perfection que nous sommes habitués à considérer comme le résultat de l’action de la Sélection naturelle ».

Via Nautilus

Laisser un commentaire

Ce site utilise Akismet pour réduire les indésirables. En savoir plus sur comment les données de vos commentaires sont utilisées.