Les séquoias côtiers sont des arbres étonnants que les scientifiques étudient depuis des générations. Nous savons que ce sont les arbres vivants les plus hauts, pouvant survivre pendant des millénaires, résistant au feu et aux ravageurs. Les forêts qu’ils dominent stockent vraisemblablement plus de carbone. Des chercheurs l’Université de Californie ont découvert une caractéristique fondamentale de ces arbres leur permettant de résister au changement climatique, deux types de feuilles avec des fonctions différentes.
Partout où les arbres poussent, tôt ou tard leurs feuilles se mouillent. Pour les arbres en milieu humide, cela peut être un problème si des pellicules d’eau recouvrent leurs stomates. Ces minuscules pores permettent au dioxyde de carbone de pénétrer dans les feuilles afin que l’arbre puisse le combiner avec de l’eau pour fabriquer des tissus végétaux grâce à la photosynthèse. De nombreux arbres communs aux forêts humides ont des feuilles avec des adaptations qui empêchent la formation de ces films d’eau. En revanche, les arbres qui poussent dans des environnements secs profitent de brèves périodes d’humidité des feuilles pour absorber de l’eau précieuse directement sur la surface de leurs feuilles, à travers des structures foliaires spéciales et même à travers leurs stomates. Mais certains arbres, y compris les séquoias côtiers, vivent à la fois dans des environnements humides et secs avec d’intenses variations saisonnières.
Pour les feuillus comme le chêne vert, poussant dans les climats méditerranéens avec des étés secs et des hivers pluvieux, ce défi de l’humidité saisonnière est relativement facile à surmonter. Leurs stomates se trouvent sur la face inférieure de leurs feuilles – la face abritée – , ce qui les maintient à l’abri de l’eau, tandis que les surfaces supérieures des feuilles absorbent l’eau. Mais les séquoias sont des conifères, ou des arbres à cônes, avec des feuilles fines et plates en forme d’aiguilles, ce qui implique nécessairement une manière différente d’équilibrer les objectifs concurrents de repousser et d’absorber l’eau. Il s’avère que les séquoias ont deux types de feuilles accomplissent des tâches très différentes. Cette caractéristique auparavant inconnue aide les arbres à s’adapter aux conditions humides et sèches – une capacité qui pourrait être la clé de leur survie dans un climat changeant.
Les auteurs déclarent dans un communiqué : “ Nous savions que nous voulions explorer comment les séquoias relevaient le défi paradoxal de l’humidité des feuilles, combien d’eau les séquoias pouvaient absorber et quelles caractéristiques des feuilles provoquaient des différences dans la capacité d’absorption d’eau. Ce que nous avons appris a été une surprise totale“.
De grands arbres avec de grands secrets
Les scientifiques connaissent depuis longtemps la capacité des séquoias à absorber l’eau à travers leurs feuilles. Mais déterminer la quantité d’eau qu’ils peuvent absorber de cette manière, et déterminer comment la capacité à le faire peut varier d’un type de climat à l’autre, est un véritable défi chez cette espèce.
Premièrement, un grand séquoia a plus de 100 millions de feuilles soit une surface massive pour l’absorption d’eau ! Et ces feuilles changent radicalement de structure avec la hauteur, passant de longues et plates à courtes et en forme de poinçon. Les auteurs soulignent : “Nous ne pouvions donc pas réussir en cueillant simplement les feuilles au niveau du sol“.
Pour compliquer encore les choses, la gravité exerce toujours une pression sur la colonne d’eau géante qui monte à travers le tronc d’un séquoia. En conséquence, les feuilles au sommet de l’arbre ont toujours moins d’eau disponible que celles situées plus bas. La sécheresse inhérente à la cime des arbres devrait attirer l’eau dans la feuille plus rapidement que dans les feuilles riches en eau au bas, tout comme une éponge sèche ramasse l’eau plus rapidement qu’une éponge humide.
Les auteurs expliquent : “Pour une image précise de la façon dont les séquoias absorbaient l’eau, nous avions besoin de feuilles d’arbres dans des environnements humides et secs, et de plusieurs hauteurs sur ces arbres. Afin d’avoir des niveaux d’eau naturels, basés sur la gravité des feuilles, pour analyse, nous plaçons nos échantillons de feuilles dans une chambre à brouillard – dans ce cas, une glacière reliée à un humidificateur d’ambiance – et mesurons le gain de poids au fil du temps pour voir combien d’eau ils pourraient absorber“.
Un jeu de pistes avec des indices
Chaque grappes de pousses de séquoia ont été divisées en morceaux pour les immerger dans le brouillard. Les grappes de pousses de séquoia se déploient à partir d’un noyau ligneux et sont segmentées en pousses individuelles d’âges multiples, chacune avec son propre ensemble de feuilles. La séparation s’est faite le long de l’axe central ligneux des pousses flexibles. Il est rapidement devenu évident que les pousses de l’axe central avaient des feuilles qui pouvaient absorber l’eau trois fois plus vite que les feuilles périphériques. L’observation au microscope des feuilles a révélé qu’il s’agissait de deux types de feuilles complètement différents.
Les feuilles axiales étaient remplies de cellules de stockage d’eau, mais leur phloème – des tubes dans les feuilles qui exportent des sucres photosynthétiques vers l’arbre – semblait bloqué et inutile. Si un arbre a des feuilles, l’idée conventionnelle est qu’elles sont là pour la photosynthèse, mais il semblerait que les feuilles axiales aient un but différent.
Avec quelques mesures supplémentaires, les auteurs ont constaté que les feuilles axiales des séquoias sont spécialisées pour absorber l’eau. Les différences entre les surfaces des feuilles axiales et périphériques, en particulier leur couverture en cire, provoquent des différences dans leurs taux d’absorption d’eau. Contrairement aux feuilles axiales, les feuilles périphériques des séquoias ont des surfaces cireuses avec beaucoup de stomates. Cela a aidé à expliquer comment ils réalisent la photosynthèse toute l’année, quelle que soit la longue saison des pluies dans une grande partie de leur habitat actuel.
Une analyse plus approfondie a montré que les feuilles axiales des séquoias ne représentent qu’environ 5% de la surface foliaire totale des arbres et produisent à peine assez d’énergie par photosynthèse pour se maintenir. Mais ils contribuent jusqu’à 30% de la capacité totale d’absorption d’eau des arbres. Ensemble, ces deux types de feuilles équilibrent les exigences de la photosynthèse et de l’absorption d’eau, permettant aux séquoias de prospérer dans les habitats humides et secs.
En utilisant des mesures d’arbres à grande échelle et des équations pour estimer la surface foliaire du séquoia, les chercheurs ont pu estimé que ces géants assoiffés peuvent absorber jusqu’à 105 livres (48 kilogrammes) d’eau au cours de la première heure d’une pluie mouillant leurs feuilles.
L’importance des séquoias
Comprendre les causes de la variation de la capacité d’absorption des feuilles de séquoia peut nous aider à évaluer les différences de capacité d’absorption d’eau entre les arbres et les environnements, aujourd’hui et à l’avenir. Les séquoias modifient leurs deux types de feuilles en fonction des climats locaux. Dans les forêts tropicales humides de la partie nord de leur aire de répartition, les arbres investissent dans moins de feuilles axiales spécialisées pour absorber l’eau. Ces feuilles sont concentrées dans les cimes inférieures des arbres, laissant libre la cime des arbres à haute performance photosynthétique pour maximiser la production de sucre en plein soleil.
A l’inverse, dans les forêts sèches plus au sud de l’aire de répartition des séquoias, les arbres ont plus de feuilles axiales dans leurs sommets, stressés par le manque d’eau. Cela leur permet de mieux tirer parti des pluies, mais cela signifie qu’ils réalisent la photosynthèse moins par surface foliaire que les séquoias dans les zones plus humides.
La capacité des séquoias à modifier les types de feuilles pour correspondre aux différences climatiques régionales peut les aider à s’adapter au changement climatique dans une Californie de plus en plus sèche . Ce serait une bonne nouvelle pour la conservation de ces arbres épiques, et cela pourrait être une caractéristique prometteuse à étudier alors que les scientifiques tentent de relier les traits de tolérance à la sécheresse aux différences régionales entre les populations de séquoias.
Source : University de Californie