Les plantes à fleurs n’apparaissent dans les archives fossiles qu’il y a environ 100 millions d’années, et pourtant elles représentent 90% du règne végétal. Pendant ce temps, environ 75% des espèces animales connues sont des insectes. Dans Origine des espèces, Charles Darwin a avancé une explication à cette diversité étonnante: la pollinisation. Les plantes et leurs insectes pollinisateurs, a-t-il supposé, doivent évoluer les unes avec les autres dans un processus qu’il a inventé la « coévolution » jusqu’à ce qu’elles s’épanouissent en une gamme éblouissante de formes.
Mais dans le vaste monde des plantes et de leurs pollinisateurs, il y avait un exemple que Darwin considérait comme le « plus merveilleux cas de fertilisation jamais publié » dans une lettre au botaniste Joseph Dalton Hooker. Ce fut le cas curieux de l’arbre de Josué et de la teigne du yucca.
Nous commencerons par l’arbre de Joshua, la plante la plus emblématique du désert de Mojave. Avec ses frondes épineuses et ses touffes en massue surmontées de fleurs piquantes et cireuses se tordant vers le ciel du désert, cet arbuste adapté au désert a la réputation d’être d’un autre monde. Tous ceux qui traversent le désert se souviennent du majestueux Joshua tree; son homonyme a inspiré des artistes, des cinéastes et de nombreux voyageurs en quête de transcendance.
Peu de voyageurs, cependant, parlent poétiquement de son partenaire évolutionnaire, la teigne du yucca. Le petit insecte dun est d’abord modeste, mais à y regarder de plus près, il s’agit d’un match tout aussi extraterrestre pour l’emblématique arbre de Joshua. Au lieu d’un embout buccal ordinaire, il arbore des frondes bizarres ressemblant à des tentacules, dont les goûts sont uniques parmi les insectes – et servent une fonction essentielle dans l’écosystème désertique.
Sans nectar pour attirer les pollinisateurs, les arbres de Josué comptent uniquement sur ce papillon sans prétention pour la pollinisation. Les papillons de nuit du Yucca utilisent leurs appendices de mâchoire adroits pour collecter le pollen des fleurs de Joshua tree et le déposer sur les parties femelles de chaque fleur lorsque le papillon se déplace entre les fleurs. À son tour, la mite pond ses œufs avec son ovipositeur mince en forme de lame sur les graines des fleurs.
Lorsqu’elles éclosent, les chenilles de la teigne du yucca mangent les graines — leur seule source de nourriture — avant de ramper jusqu’au sol pour former des cocons. Et le cycle recommence.
Selon Christopher Smith, biologiste à l’Université Willamette qui étudie les relations entre les pollinisateurs, la relation entre les papillons de nuit du yucca et les arbres de Joshua ne ressemble à rien d’autre dans le monde naturel. Il devrait savoir: Smith a longtemps étudié les diverses relations entre les insectes et les plantes dans le désert. Ses recherches antérieures portaient sur les longicornes cactus et les espèces de plantes épineuses avec lesquelles ils interagissent dans tout le désert de Sonora. Mais rien, dit-il, ne se compare au Joshua tree et à la teigne du yucca.
La plupart des pollinisateurs aident accidentellement les plantes qu’ils pollinisent. Les abeilles et les oiseaux se frotteront au pollen pendant qu’ils se nourrissent du nectar d’une fleur, le répandant d’une plante à l’autre tout en continuant la fête d’une journée. Pas les papillons de nuit du yucca: parce que leurs chenilles dépendent de l’existence continue des arbres de Josué et de leurs graines savoureuses, la pollinisation de la teigne du yucca est un acte actif de survie. De plus, ce partenariat dure depuis des millions d’années.
Les arbres de Josué font plus que fournir une inspiration artistique: ils créent un soutien environnemental essentiel à l’écosystème désertique sans compromis. Ces arbustes d’une beauté hideuse fournissent de la nourriture et un abri aux animaux dans la garrigue des Mojaves, où les ressources sont notoirement rares. Au printemps, ses fleurs sont l’une des seules sources de nourriture humide disponible pour les insectes, les corbeaux et les spermophiles.
Pourtant, aujourd’hui, leur partenariat de longue durée risque de s’effondrer, car l’habitat naturel du Joshua tree fait face à de nouvelles menaces.
Le bon papillon pour le travail
Il existe deux types distincts d’arbres de Josué, divisés par les bas bassins intérieurs de la vallée de la Mort et le désert d’Amargosa: arbres de Josué de l’Est (Yucca brevifolia jaegeriana) buissonnants à feuilles courtes et arbustifs de Josué de l’ouest (Y. b. brevifolia) à feuilles longues. Les deux sont si différents, les scientifiques ont même préconisé de diviser Yucca brevifolias en deux espèces. Mais quelle raison évolutive est responsable de cette divergence ?
Cela, dit Smith, est la « question de plusieurs millions de dollars. »
Les papillons de nuit peuvent tenir la réponse. Les écologistes ont longtemps cru qu’une espèce de teigne du yucca (Tegeticula synthetica) pollinise les deux types d’arbres de Josué. Mais en 2003, une équipe de scientifiques a découvert qu’une teigne du yucca génétiquement distincte (T. antithetica) pollinise exclusivement les arbres de l’Est. Comme les arbres de Josué eux-mêmes, ce papillon était plus court que son homologue occidental. Encore plus étrange, la différence de distance entre le stigmate et l’ovule entre les deux types d’arbres était la même que la différence de taille corporelle, de la tête à l’abdomen, entre les deux papillons.
« Je me suis dit: « Cela ne peut pas être une coïncidence » », dit Smith.
Pour déterminer si la coévolution a provoqué cette spéciation suspecte, Smith a dirigé une équipe de scientifiques citoyens en 2013 et 2014 pour collecter des données morphologiques dans le seul endroit où les deux espèces d’arbres de Josué et leurs papillons de nuit correspondants vivent en harmonie: la vallée de Tikaboo.
Smith et son équipe ont observé que les papillons de nuit du yucca déposent leurs œufs plus efficacement dans leurs arbres de Josué correspondants, et les arbres de Josué offrent à leur tour plus d’espace pour les œufs lorsqu’ils sont pollinisés par le papillon préféré. Les résultats préliminaires de Smith montrent également que les papillons de nuit se reproduisent plus efficacement lorsque leur taille correspond à la taille de la tige entre le stigmate de la fleur et l’ovaire, connu sous le nom de style.
Bien que les papillons pollinisent les fleurs dont les styles sont trop longs, ils ne pondent presque jamais avec succès des œufs qui éclosent en chenilles. Lorsque les styles sont trop courts, les papillons de nuit peuvent endommager les fleurs avec leur ovipositeur.
Smith souligne que ces correspondances ne prouvent pas nécessairement la coévolution. Les arbres de Josué pourraient évoluer en réaction à quelque chose dans leur environnement naturel, et les papillons de nuit pourraient réagir, ce qui démontre l’évolution, car une espèce change en réponse aux stress environnementaux (puis l’autre évolue en réponse à la résonnance de la première espèce) — mais pas la co-évolution, où les deux espèces changent réciproquement en réponse l’une à l’autre.
Pour éliminer le potentiel de hasard, Smith prévoit maintenant de cartographier le génome des arbres de Joshua grâce à une collaboration appelée Joshua Tree Genome Project, lancée en mars dernier par Smith et six autres scientifiques et financée grâce à une combinaison de crowdsourcing et de soutien du désert vivant. Outre les recherches de Smith, l’un des principaux objectifs du projet est d’identifier les gènes impliqués dans l’adaptation du Joshua tree au climat afin de planifier la crise climatique à venir.
Une fois qu’il aura les génomes des deux arbres de Joshua, Smith les comparera aux génomes de plantes bien étudiées pour déterminer quels gènes correspondent à la morphologie des fleurs, à la longueur des branches et à d’autres caractéristiques. À partir de là, il peut comparer les génomes des deux espèces d’arbres de Josué et déterminer la variation moyenne entre leurs allèles — c’est-à-dire la variation due à l’évolution. Les gènes qui présentent une variation spectaculaire par rapport à cette ligne de base sont marqués pour la sélection naturelle.
Un élément clé de cette stratégie peut être dans sa relation avec les papillons de nuit du yucca. La recherche démontre déjà que les différences de longueur des ovipositeurs et de taille corporelle dans les génomes des papillons de nuit du yucca sont plus prononcées, ce qui suggère que la sélection naturelle a entraîné l’écart. Smith espère trouver la même chose pour la morphologie des fleurs de Joshua tree.
Course de l’horloge
Mais le temps peut manquer. Les arbres de Josué sont gravement menacés par le changement climatique: à mesure que le réchauffement climatique évapore l’eau précieuse du sol et que la fréquence des pluies diminue, les semis de Joshua tree sont moins susceptibles de survivre à des saisons prolongées de sécheresse que leurs homologues adultes.
« Souvent, lorsque les gens regardent un endroit comme le parc national de Joshua Tree où vous voyez beaucoup d’arbres matures, ils pensent qu’il a l’air sain », explique Cameron Barrows, écologiste au Centre de biologie de la conservation de l’Université de Californie à Riverside. « Mais si vous ne voyez pas les juvéniles, cela signifie que l’espèce ne se remplace pas. »
À mesure que moins de plants de Joshua tree survivent et mûrissent, la population diminue, tout comme la diversité du désert. Parce que le Josué est une espèce clé de voûte du Mojave, un certain nombre d’insectes, de lézards et d’oiseaux différents perdront d’importantes sources d’habitat dans, sur et sous leurs branches.
Selon les modèles climatiques de Barrows, le désert de Mojave pourrait perdre jusqu’à 90% des arbres de Joshua avant la fin du siècle. Même dans les pires scénarios, il existe des endroits que Barrows appelle des « refuges » où les arbres de Josué pourraient se propager et prospérer – s’ils restent à l’abri des mauvaises herbes envahissantes et des feux de forêt –, mais l’aire de répartition se réduit considérablement.
Comme de nombreux organismes, les arbres de Josué migrent en réponse au réchauffement de leurs habitats en déposant leurs graines plus au nord. À l’heure actuelle, les semis poussent à moins de 100 mètres de leurs plantes mères; pour atteindre des zones suffisamment fraîches pour survivre, ils peuvent avoir besoin de se déplacer sur des milliers de kilomètres. Les graines de Joshua tree n’ont pas encore démontré leur capacité à se propager si rapidement.
Peut-être plus essentiellement, les papillons de nuit du yucca non plus. « Nous n’avons aucune idée de la façon dont la teigne du yucca pourrait réagir à des milliers de kilomètres vers le nord », admet Smith. En raison de la courte durée de vie de la teigne du yucca et de sa courte interaction avec les arbres de Josué, il est difficile d’étudier comment ils réagiront à de tels changements dans leur environnement. Sans leurs seuls pollinisateurs, les arbres de Josué périront, que leurs graines puissent faire le voyage ou non.
Comprendre ces relations symbiotiques devient encore plus essentiel lors de l’élaboration de stratégies de réponse au changement climatique. Certains scientifiques ont suggéré de déplacer physiquement des espèces menacées par le changement climatique, mais cela pourrait perturber des systèmes qui ne sont pas encore entièrement compris.
« Souvent, les biologistes de la conservation considèrent les communautés de masse comme statiques », explique Smith. « En élaborant des stratégies de conservation, nous devons penser non seulement à ce qu’est le système aujourd’hui, mais à la façon dont le système changera à l’avenir en réponse à l’évolution du monde. »
Une chose est sûre : la perte de l’arbre de Josué modifierait radicalement l’image du désert de Mojave dans la conscience collective. Maintenant, le sort de ces arbres — et notre capacité à les défendre — repose dans les pièces buccales d’un minuscule papillon gris.