FdlS2009 Catalogue des panneaux - Page 2 - Catalogue des panneaux UPMC • CNRS • INRA • ENS • AgroParisTech • IRD • Université Paris12 Darwin et les vers de terre De l’écologie évolutive à l’écologie des écosystèmes L ’origine des espèces Darwin, dont nous fêtons cette année le bicentenaire de la naissance est surtout connu pour avoir fondé la théorie de l’évolution, avoir promu l’idée que toutes les espèces ont évolué au cours du temps à partir d’un ancêtre commun et que le moteur de cette évolution est la sélection naturelle. Il a développé ces idées dans L’origine des espèces (1859). Un précurseur Loin d’être anodines ces observations préfigurent déjà la pédologie (l’étude des sols et de leur formation) moderne et l’écologie des écosystèmes (qui décrit les flux de matière et d’énergie dans les écosystèmes). Ces observations préfigurent aussi l’importance attribuée maintenant aux vers de terre pour le fonctionnement des sols et des écosystèmes. La façon dont Darwin décrit l’action des vers de terre rappelle aussi ce qu’on appelle de nos jours une propriété émergente : le fait que de petites actions individuelles et indépendantes (celles de vers) peuvent conduire à de nouvelles propriétés globales difficiles à prédire à priori (ici la fertilité des sols). La formation de la terre végétale par l’action des vers, avec des observations sur leurs habitudes Cependant son dernier livre est beaucoup moins connu. La formation de la terre végétale par l’action des vers, avec des observations sur leurs habitudes a ainsi été publié en 1881, un an avant sa mort, et porte sur le comportement des vers de terre et leur influence primordiale sur la formation des sols. Des observations à la théorie Enfin, le Darwin de La formation de la terre végétale par l’action des vers, avec des observations sur leurs habitudes parait être loin du Darwin théoricien de L’origine des espèces. Cependant, dans les deux cas Darwin fonde son raisonnement sur une très grande quantité d’observations. Darwin est d’abord un naturaliste et il n’aurait pas pu ‘‘découvrir’’ l’Evolution sans son célèbre voyage autour du monde sur le Beagle et les ‘‘pinçons de Darwin’’. De même, dans les deux cas, les observations sont au service d’une réflexion profonde très argumentée. Il est à parier que si Darwin avait vécu un peu plus longtemps il serait aussi devenu le précurseur de l’écologie des écosystèmes et pas seulement de l’écologie évolutive ! Pinçons de Darwin. Illustration originale. Sol. Illustration originale. Turricules. Illustration originale. Dans ce livre Darwin présente des observations personnelles très détaillées sur la façon dont les vers de terre mangent les feuilles mortes à la surface du sol et en entrainent les débris dans leur galerie (on parlerait aujourd’hui de vers de terre anéciques). Il montre aussi que les vers peuvent mélanger de grandes quantité de terre et la remontée à la surface du sol (on parlerait aujourd’hui de bioturbation). Contact : Sébastien Barot : Sebastien.Barot@bondy.ird.fr www.biologie.ens.fr/bioemco UPMC • CNRS • INRA • ENS • AgroParisTech • IRD • Université Paris12 Darwin a dit.. « Les vers préparent le sol d’une manière excellente pour le développement des plantes » Les vers améliorent la croissance des plantes par de nombreux mécanismes : + minéralisation de la matière organique + agrégation et aération du sol + production d’hormones végétales « La charrue est l’une des plus anciennes et des plus précieuses inventions de l’homme ; bien avant que ce dernier n’existât, le terrain était en fait régulièrement labourés par les vers de terre » Les vers de terre, comme de nombreux autres organismes (coraux, castors, fourmis…), sont considérés comme des ingénieurs des écosystèmes. « Les feuilles qu’ils consomment sont humectées, déchirées en petites bandes, partiellement digérées, et intimement mêlées à la terre ; et c’est ce processus qui donne à la terre végétale sa teinte sombre uniforme » Le sol est, par définition, un mélange de matière minérale et de matière végétale plus ou moins décomposée. Les vers de terre participent au recyclage de la matière végétale en : + fragmentant la matière végétale + en mélangeant cette matière au sol + en digérant en partie eux-même cette matière + en stimulant des bactéries Existence de 3 groupes de vers (épigés, endogés, anéciques) jouant des rôles différents. Contact : Sébastien Barot : Sebastien.Barot@bondy.ird.fr www.biologie.ens.fr/bioemco UPMC • CNRS • INRA • ENS • AgroParisTech • IRD • Université Paris12 ©Bioemco–Virginie Roy Digestion chez les vers de terre : de Darwin à la biologie moléculaire En 1881, Darwin décrit de manière très détaillée la structure de l’intestin et le processus de digestion chez les vers de terre. Plus de 100 ans après, que nous apprend la biologie moléculaire sur le sujet ? Copié d’après Ray Lankester dans Quart. Journ. of Microscop. Soc. vol XV. N.S. pl. VII. Le fluide digestif : nature et fonctions « Du fait que le suc dont sont humectées les feuilles est alcalin, et du fait qu’il agit à la fois sur les granules d’amidon et sur le contenu protoplasmique des cellules, nous pouvons inférer qu’il ressemble par sa nature non à la salive, mais au suc pancréatique (…) » p.52 Aporrectodea caliginosa, un ver de terre endogé. Structure du tube digestif « Dans la plupart des espèces, l’œsophage s’élargit en un jabot à l’avant du gésier. Ce dernier organe est tapissé d’une membrane chitineuse lisse et épaisse, et entouré de muscles longitudinaux faibles, mais de muscles transverses puissants. Perrier a vu ces muscles lors d’une action énergique ; et comme il le remarque, la trituration de la nourriture doit être principalement effectuée par cet organe, car les vers ne possèdent ni mâchoires ni dents d’aucune sorte. » p.43 Schéma du canal alimentaire d’un ver de terre (Lumbricus) Darwin montre que les vers humectent de fluide digestif les feuilles dont ils se nourrissent. Ce fluide dissout l’amidon des feuilles et les « pré-digère ». Il note également que le ver produit des acides intestinaux durant la digestion, semblables aux acides de l’humus. Aujourd’hui, on sait que les enzymes digestives (lipases, chitinases, cellulases…) sont sécrétées dans l’intestin par le ver lui-même et aussi par des microorganismes. Darwin commence par décrire le tube digestif du ver de terre : - la bouche, qui sert à prendre la nourriture - le pharynx, qui est poussé vers l’avant lorsque le ver mange - l’œsophage, avec les glandes calcifères - le jabot et le gésier, très musclé et contenant des petites pierres qui servent de « dents » aux vers pour écraser leur nourriture - l’intestin, qui absorbe les nutriments Contact : Virginie Roy : roy@univ-paris12.fr www.biologie.ens.fr/bioemco De nombreuses bactéries sont présentes dans le tube digestif des vers de terre. A l’époque de Darwin, on connaissait encore mal les microorganismes (Darwin était contemporain de Pasteur). Aujourd’hui, les techniques de biologie moléculaire donnent directement accès à l’ADN des bactéries, ce qui permet leur identification. Dans le tube digestif et les turricules des vers, les bactéries sont très actives et aident les vers à assimiler la matière organique ingérée. Identification des bactéries présentes dans le tube digestif des vers par une technique moléculaire, la DGGE : chaque bande représente un type particulier de bactérie. UPMC • CNRS • INRA • ENS • AgroParisTech • IRD • Université Paris12 ©Bioemco–Virginie Roy Les microorganismes, des alliés précieux pour la digestion Les intestins de la Terre Bien avant Darwin, Aristote avait déjà bien compris que les vers de terre jouaient un rôle essentiel dans la formation des sols. Ils sont apparus ils y a 600 millions d’années, en même temps que les premiers sols. En quoi les vers sontils impor tants pour le fonctionnement d’ un sol ? Il y a environ 2 tonnes de vers de terre par hectare dans une prairie normande ; c’est plus que le poids des vaches ! S’ils sont si nombreux, c’est qu’ils doivent servir à quelque chose… S’il n’y avait pas de vers de terre… © Bioemco – M. Blouin, modifié à partir de Edwards, 2004. Les vers de terre mangent toutes sortes de débris de nature organique comme des feuilles, des racines, de l’écorce en décomposition, des champignons, des graines, des bactéries, des excréments ou des cadavres. To u s c e s d é c h e t s s ’ a c c u m u l e r a i e n t à la surface du sol s’il n’y avait pas de v e r s d e t e r r e p o u r l e s d é g r a d e r. L e s p l a n t e s , é t o u ff é e s , n e p o u r r a i e n t p l u s p o u s s e r. Schéma simplifié des effets des vers de terre sur les propriétés physiques, chimiques et biologiques du sol et conséquences potentielles sur la croissance des plantes. Lorsqu’ils ingèrent la matière organique en se déplaçant, les vers de terre : - libèrent des nutriments. Si ce n’était pas le cas, les plantes mouraient de faim. - construisent des galeries et des crottes (appelées turricules) qui permettent à l’eau de s’infiltrer dans le sol, et d’y être stockée jusqu’à ce que les plantes la prélève. Si ce n’était pas le cas, beaucoup de plantes mouraient de soif. - produisent de l’humus qui joue un rôle de garde-manger pour les pantes et participe au piégeage du carbone, ce qui ralentit le réchauffement climatique. - structurent le sol, ce qui permet aux plantes de s’enraciner et de tenir debout. - contiennent d’innombrables molécules qui renseignent les plantes sur ce qui se passe autour d’elles… Les racines se développent de façon privilégiée dans les galeries des vers où elles trouvent des nutriments, de l’eau et des signaux qui la renseignent sur son environnement. Contact : Manuel Blouin : blouin@univ-paris12.fr www.biologie.ens.fr/bioemco © Bioemco – P. Lavelle UPMC • CNRS • INRA • ENS • AgroParisTech • IRD • Université Paris12 Un Q.I. de ver de terre A priori, rien ne prédestine le ver de terre, ce tube sans organe différencié, à faire preuve d’une intelligence supérieure à la moyenne du monde animal. Et pourtant, Darwin a eu le nez creux… Question bête : c ’ est quoi l’ intelligence ? L’intelligence est la capacité d’un individu à découvrir, créer ou résoudre des problèmes afin d’acquérir les connaissances nécessaires pour s’adapter à son environnement et supporter ses modifications. Les vers de terre : • ne saisissent pas toujours les feuilles de la même façon : ce n’est pas un réflexe, Pas gâtés par la Nature, quoique… Si l’on considère que l’intelligence est proportionnelle à la taille du système nerveux central, les vers de terre - qui ne possèdent pas d’encéphale, mais seulement deux ganglions cérébraux - vont passer pour des attardés. Si l’intelligence est proportionnelle à l’intensité des stimuli, les vers - qui sont aveugles, sans odorat et complètement sourds - ne sont pas les meilleurs candidats au futur prix Nobel. Toutefois, ils excellent dans l’art de la maçonnerie et de la géométrie : ils tapissent leurs galeries de feuilles et brindilles, façonnent des structures turriformes à l’entrée de la galerie pour éviter les inondations ou intrusions, jonglent avec des feuilles de forme très diverses… Pour enfouir les feuilles dans leur galerie, les vers de terre adoptent une stratégie qui diffère selon la forme de la feuille. L’endroit par lequel ils saisissent la feuille est tel que celle-ci ne restera pas coincée à l’entrée de la galerie. • saisissent généralement la feuille par le bout qui facilite le plus son introduction dans la galerie : c’est une adaptation, • sont capables de trouver la meilleure façon de s’y prendre avec des feuilles d’espèces exotiques : ce n’est pas un comportement héréditaire mais un apprentissage • sont capables de trouver la meilleure façon de s’y prendre avec des triangles de papier : perception de la forme de l’objet. ... Ils font donc preuve d’intelligence ! Darwin avait bien noté ces facultés. Il a tenté de réhabiliter les vers de terre en démontrant leurs facultés mentales par de nombreuses expériences portant sur leur comportement. © Bioemco - P. Jouquet Les vers de terre façonnent des structures turriformes à l’entrée de la galerie pour éviter les inondations ou intrusions. Contact : Manuel Blouin : blouin@univ-paris12.fr www.biologie.ens.fr/bioemco UPMC • CNRS • INRA • ENS • AgroParisTech • IRD • Université Paris12 Les vers de terre sont indispensables pour le maintien de la fertilité des sols et la croissance des plantes Savez vous que tout le sol sur lequel nous marchons est passé un jour par l’intestin d’un ver de terre ? Dans les savanes africaines, l’espèce Millsonia anomala ingère ainsi les 50 premiers cm du sol en 3 ans ! Même s’ils sont peu visibles, les vers de terre sont très nombreux dans les écosystèmes. Dans une prairie de Normandie, on peut trouver plus de 400 vers de terre par m2, soit près de 1,5 tonne de vers par hectare, soit une masse plus grande de vers de terre que de vaches ! Le secret des vers de terre ? Ils sont obligés d‘avaler du sol pour se déplacer et se nourrir ! Les fonctions des vers dans les écosystèmes Il existe 3 groupes écologiques complémentaires de vers de terre Les vers anéciques : Ils restent dans la même galerie verticale. Ils se nourrissent la nuit de la litière de feuilles en remontant à la surface. Les vers épigés : Ils vivent dans la litière de feuilles et s’en nourrissent. Les vers de terre accélèrent le recyclage des sels minéraux En se nourrissant des feuilles mortes, les vers de terre fragmentent les feuilles, les mélangent à la terre et stimulent les bactéries qui libèrent les éléments nutritifs nécessaires aux plantes. Vers une inoculation des vers de terre ? Les vers de terre augmentent la croissance des plantes sauvages et cultivées comme le riz. Une technique a été expérimentée dans des plantations de thé en Inde pour restaurer la fertilité des sols en ajoutant des vers de terre. Au bout de 3 ans, la production des feuilles de thé s’est accrue de 35 à 240% et les qualités physiques et chimiques du sol commencent à se reconstituer. Les vers de terre : animaux-mixeur du sol En creusant des galeries et en rejetant le sol sous forme de turricules, les vers de terre mélangent le sol et évitent qu’il se transforme en une croûte compacte peu propice au développement des plantes. © IR nn D, A ick g Ain D © IR ,A A nick n ing Ils vivent et se déplacent dans le sol, dans des galeries, et se nourrissent de la matière organique que contient le sol. Turricules Plants de riz avec (droite) et sans (gauche) vers de terre. © P. Lavelle .L ©P e av lle Un vers endogé. Millsonia anomala. Contacts : Sébastien Barot : sebastien.barot@bondy.ird.fr Lise Dupont : lise.dupont@univ-paris12.fr www.biologie.ens.fr/bioemco © Diana Noguera Les vers endogés : Le cycle de vie des vers de terre © BIOSOL – IRD – Univ. Paris XII - VI. L. Dupont Parce qu’ils sont bien cachés dans le sol ou la litière et qu’ils supportent mal d’être étudiés en laboratoire, la vie des vers de terre, qui peut durer 4 à 8 ans, reste encore mystérieuse. Clitellum d’un vers de terre adulte La reproduction Les vers de terre sont hermaphrodites : ils sont à la fois mâle et femelle. Pour se reproduire, les vers recherchent en général un partenaire pour s’accoupler. Les bébés L’éclosion des cocons a lieu quelques jours, quelques semaines, voire un an (chez Megascolides australis) après la fécondation. Ce sont des vers miniatures, translucides, qui vont en sortir. Cocons de vers de terre et éclosion © BIOSOL – IRD – Univ. Paris XII - VI. F. Dubs Accouplement de vers de terre Chez certaines espèces, l’individu est capable de se reproduire par parthénogénèse : il y a développement d’un œuf sans qu’il y ait eu fécondation. La régénération Les vers de terre ont l’étonnante capacité, qui dépend de l’espèce et de l’étendue des dommages, de régénérer une partie de leur corps qui a été sectionnée. Un vers de terre coupé en deux ne donnera pas deux vers de terre ; la régénération n’aura lieu qu’à partir d’une seule extrémité, en général celle avec la tête, mais cela peut dépendre du niveau où la section a été effectuée. Les cocons Après l’accouplement, la fécondation a lieu dans un cocon produit par le clitellum, sous la forme d’un petit citron dont la couleur varie du jaune verdâtre au brun foncé. Un seul embryon, parfois plusieurs, se développe à l’intérieur du cocon. La taille du cocon dépend de la taille du vers : le vers australien géant Megascolides australis produit des cocons presque aussi gros que des œufs de poule ! Contacts : Lise Dupont : lise.dupont@univ-paris12.fr Ulrike Jana : ulrike.jana@club-internet.fr Sébastien Barot : Sebastien.Barot@bondy.ird.fr www.biologie.ens.fr/bioemco © IRD. Annick Aing
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