De nouvelles recherches sur les cycadales, plantes anciennes de l’ère mésozoïque, révèlent que leur survie jusqu’à l’ère moderne peut être attribuée à une relation symbiotique avec des bactéries fixatrices d’azote. Cette étude donne un aperçu de l’évolution écologique des cycadales et de leur adaptation aux changements climatiques passés.
Les cycadales, plantes anciennes autrefois répandues à l’époque Mésozoïque Era, ont pour la plupart disparu, avec quelques espèces survivant dans les zones tropicales et subtropicales. Les chercheurs ont découvert que ces cycas survivants dépendaient de bactéries symbiotiques pour la fixation de l’azote, une caractéristique que l’on ne retrouve pas chez leurs homologues disparus.
Autrefois nourriture privilégiée des dinosaures au pâturage, une ancienne lignée de plantes appelées cycadales a contribué à la subsistance de ces animaux et d’autres animaux préhistoriques au cours de l’ère mésozoïque, à partir de 252 millions d’années, en étant abondante dans le sous-étage forestier. Aujourd’hui, seules quelques espèces de plantes ressemblant à des palmiers survivent dans les habitats tropicaux et subtropicaux.
Extinction et survie des cycadales
Comme leurs brouteurs forestiers, la plupart des cycadales ont disparu. Leur disparition de leurs habitats antérieurs a commencé à la fin du Mésozoïque et s’est poursuivie jusqu’au début de l’ère Cénozoïque, ponctuée par l’impact cataclysmique d’astéroïdes et l’activité volcanique qui marquent la limite K-Pg il y a 66 millions d’années. Cependant, contrairement aux dinosaures, quelques groupes de cycadales ont survécu jusqu’à nos jours.
Un spécimen de cycas fossilisé qui a été échantillonné pour les isotopes de l’azote qui indiqueraient l’atmosphère dans laquelle il a poussé. Crédit : Michael Kipp – Duke University
Résultats d’une nouvelle étude sur la survie des cycadales
Une nouvelle étude parue aujourd’hui (16 novembre) dans la revue Écologie et évolution de la nature a conclu que les espèces de cycadales qui ont survécu dépendaient de bactéries symbiotiques présentes dans leurs racines, qui leur fournissent de l’azote pour se développer. Tout comme les légumineuses modernes et d’autres plantes qui utilisent la fixation de l’azote, ces cycas échangent leurs sucres avec les bactéries présentes dans leurs racines en échange de l’azote extrait de l’atmosphère.
Ce qui a initialement intéressé l’auteur principal Michael Kipp, c’est que les tissus des plantes fixatrices d’azote peuvent fournir un enregistrement de la composition de l’atmosphère dans laquelle elles ont grandi. Il combine la géochimie avec les archives fossiles pour tenter de comprendre l’histoire climatique de la Terre.
Sachant déjà que les cycadales modernes sont des fixateurs d’azote, Kipp a commencé à analyser de très vieux fossiles de plantes au cours de son doctorat. travailler au Université de Washington pour voir s’il pouvait jeter un regard différent sur les atmosphères anciennes. La plupart des cycadales anciennes ont révélé qu’elles n’étaient pas des fixateurs d’azote, mais il s’agissait également de lignées éteintes.
Un fossile d’une feuille veinée provenant des mêmes strates qu’un cycas éteint a été utilisé pour comparer les isotopes de l’azote. Crédit : Michael Kipp – Université Duke
« Au lieu d’être une histoire sur l’atmosphère, nous avons réalisé qu’il s’agissait d’une histoire sur l’écologie de ces plantes qui a changé au fil du temps », a déclaré Kipp, qui a consacré près d’une décennie à cette découverte, d’abord à l’Université de Washington, puis en tant que chercheur. chercheur postdoctoral au California Institute of Technology (Caltech).
Kipp rejoint cette année la faculté de Duke en tant que professeur adjoint de sciences de la Terre et du climat à la Nicholas School of the Environment pour continuer à utiliser les archives fossiles pour comprendre l’histoire climatique de la Terre afin que nous puissions comprendre son avenir possible.
Méthodes et découvertes
Une grande partie de ce que nous savons sur les atmosphères anciennes provient d’études chimiques sur la vie marine et les sédiments anciens, a déclaré Kipp. L’application de certaines de ces méthodes aux plantes terrestres est une nouveauté.
« Au début du projet, aucune donnée isotopique de l’azote provenant du feuillage des plantes fossilisées n’avait été publiée », a déclaré Kipp. Il lui a fallu un certain temps pour affiner la méthode et obtenir des échantillons de précieux fossiles de plantes que les conservateurs de musée hésitaient à voir vaporiser pour obtenir les données.
« Dans les quelques échantillons de fossiles appartenant à des lignées (cycadales) survivantes et qui ne sont pas si vieux – 20, 30 millions d’années – nous voyons la même signature azotée qu’aujourd’hui », a déclaré Kipp. Cela signifie que leur azote provenait de bactéries symbiotiques. Mais dans les fossiles de cycadales plus anciens et éteints, cette signature azotée était absente.
Implications et recherches futures
Ce qui est moins clair, c’est comment la fixation de l’azote a aidé les cycadales survivantes. Cela les a peut-être aidés à résister au changement radical du climat ou cela leur a peut-être permis de mieux rivaliser avec les plantes angiospermes à croissance plus rapide qui ont prospéré après l’extinction, « ou cela pourrait être les deux ».
« Il s’agit d’une nouvelle technique avec laquelle nous pouvons faire beaucoup plus », a déclaré Kipp.
Le financement de cette étude provenait de : La Paleontological Society, le University of Washington Royalty Research Fund et NASA Bourse d’exobiologie NNX16AI37G.
