Une pomme peut ne pas tomber loin de l'arbre, mais pour une feuille, elle dépend de sa forme.
Les feuilles d'orme ou de pomme – ovales et symétriques, avec peu de lobes saillants – tombent rapidement, ce qui les rend susceptibles de se retrouver près de la base de l'arbre. L'ajout de lobes et d'asymétrie aux feuilles ralentit leur descente, les faisant tomber plus loin, les physiciens Matthew Biviano et Kaare Jensen rapportent le 7 mai Journal of the Royal Society Interface.
Les arbres à feuilles caduques perdent leurs feuilles chaque année – en offrant environ 40% de leur carbone et de leurs nutriments accumulés au revoir. Mais il ne doit pas être perdu. Si les feuilles tombent près de la base d'un arbre, il a à nouveau accès à ces nutriments lorsqu'ils se décomposent. Et où les feuilles terrestres sont déterminées par le vent, le temps et leur forme. Les graines doivent se propager, de sorte qu'une plante peut vouloir celles transportées par le vent, explique Andreas Carlson, physicienne à l'Université d'Oslo, qui n'a pas été impliquée dans l'étude. Les feuilles, en revanche, «ont vraiment besoin de s'installer rapidement pour fournir des nutriments».
Jensen et Biviano, tous deux à l'Université technique du Danemark à Kongens Lyngby, ont analysé les feuilles qui tombent de 25 espèces d'arbres différentes – dont certaines au sein des familles de chênes, d'elms, d'érables et de pommes. Ils ont également inclus l'herbe de laboratoire commune Arabidopsisqui a un gène muté qui produit des feuilles asymétriques. Les scientifiques ont coupé les répliques en papier de trois feuilles de chaque espèce et les ont déposées dans un réservoir plein d'eau. L'eau a ralenti la descente des feuilles, permettant aux scientifiques d'analyser la relation entre la forme des feuilles et la vitesse de chute. La plupart des feuilles sont tombées rapidement, – même les feuilles de chêne lobes – à moins de 10% de la vitesse de la forme la plus rapide possible (un cercle, qui est tombé dans leur réservoir à 1,37 centimètre par seconde), tandis que les feuilles asymétriques mutées des feuilles asymétriques de Arabidopsis a baissé 15% plus lent.
Les scientifiques ont pu montrer que les variables les plus importantes dans la rapidité avec laquelle une feuille tomba était la symétrie de la feuille et sa «laideur», ou combien de lobes il a. Ensuite, ils ont utilisé ces variables pour ajouter des «mutations» à leurs feuilles de papier, augmentant leur asymétrie et leurs lobes. Les feuilles qui en résultent ont chuté de 15 à 30% plus lent. L'asymétrie était la plus importante pour la chute de la vitesse et a entraîné des feuilles qui tourbillonnaient lentement à mesure qu'elles tombaient. «La symétrie est plus importante que les lobes, aussi simples que cela», explique Jensen. « Cependant, la forme la plus lente que nous avons observée (pas la plus lente possible) était à la fois asymétrique et avait des lobes. Par conséquent, il y a une certaine interaction entre ces deux facteurs. »
La forme des feuilles est probablement également déterminée par le climat d'un arbre, l'accès aux nutriments, la disponibilité de l'eau et les feuilles de travail pour échanger du dioxyde de carbone contre l'oxygène. «Nous ne disons pas que la réglage de l'aérodynamique est le seul moteur de symétrie», explique Jensen. «C'est tout simplement un facteur agréable et simple.»
Jensen et Biviano ont conclu que la symétrie naturelle et peu de lobes de feuilles naturelles rendent plus probable que les arbres peuvent avoir accès à leur carbone à mesure qu'ils se décomposent. «Cela met vraiment en évidence… comment leurs formes pourraient être quelque peu utiles en termes de recyclage des nutriments», explique Carlson. Avec tous les nutriments, les arbres peuvent garder en abandonnant les feuilles près de chez eux, il pourrait ne pas être facile de faire comme un arbre et une feuille.
