Les Plantes et l’écholocation

Cet article est l’adaptation d’une intervention dans l’épisode #ps414 de Podcast Science.

Rassurez vous, dans cet article on ne va pas voir comment les plantes se choisissent un appart pas cher en région parisienne pour vivre ensemble… mais bien comment elles tirent profit d’une capacité biologique hors du commun : l’écholocation.

L’écho quoi ?

L’écholocation, ou écholocalisation est la capacité qu’ont certains animaux à analyser leur environnement et à se repérer grâce à l’écho produit par des sons. Les chauves-souris, les cétacés (dauphins, baleines, marsouins, orques, certaines musaraignes…) sont capables d’une telle prouesse, remplaçant efficacement la vue par des cartes mentales de leur espace de vie en « son ».
L’histoire de sa découverte chez les chauves-souris est plutôt insolite, puisque c’est un biologiste italien, Lazaro Spallanzani qui mit en oeuvre l’expérience décisive. Surpris par le fait que sa chouette domestique soit complètement désorientée lorsqu’il éteignait les bougies le soir, il fit le test avec une chauve souris. Il constata alors qu’elles n’étaient pas gênées du tout par l’obsurité – et après plusieurs essais en leur soudant les paupières conclut qu’elles devaient s’orienter « par les oreilles ». Ces travaux, publiés en 1794 étaient tout à fait précurseurs dans le domaine de la zoologie… et n’eurent apparemment pas le retentissement qu’ils méritaient (1).

Quoi qu’il en soit, ces animaux disposent d’un biosonar – et on a découvert depuis, que certains humains étaient capables d’apprendre à utiliser l’écholocation pour s’orienter. La personne qui a poussé cette compétence de la façon le plus impressionnante est probablement Daniel Kish, un américain qui a été surnommé depuis « l’homme chauve-souris » et qui est capable d’émettre des clics réguliers pour s’orienter. Démonstration en image :

Pour tout savoir de l’écholocation et de son fonctionnement biologique, je vous renvoie à l’épisode 414 de Podcast Science et au dossier d’Alexa Sadier. Vous l’aurez compris, ce sont pas les gros mammifères qui nous intéressent sur ce blog !

L’échappement, ou « passer sous le radar »

Certains animaux ont appris à développer leurs propres techniques pour s’éviter le désagrément d’être mangé par un prédateur à biosonar.
Ainsi, les marsouins sont par exemple capables d’émettre des clics qui brouilleraient les sonars des orques (2).

Du côté des chauves-souris, une étude sur laquelle je suis tombée parle d’une expérience dans laquelle des chercheurs ont filmé pendant 4 ans les comportements de prédation de chauve souris dans 8 pays différents.
Ils se sont rendus compte que les papillons de nuits comme les sphingidés (ou sphinx – vous savez ces papillons qui savent faire du vol stationnaire) étaient épargnés par les chauve souris.
Pareil pour les papillons tigres (de la famille des Arctiinae). Déjà parce qu’ils sont toxiques pour elles – au bout de quelques essais les chauve souris apprennent à ne pas les chasser… mais aussi à cause de leur son (3, 4). 

Ces charmants papillons possèdent, pour certains, un appareil qui peut émettre du son, à l’extrémité de leur appareil génital. Lorsqu’ils entendent les clics des chauve souris, ils font à leur tour du bruit et alors que le prédateur fonçait sur eux, paf – il dévie au dernier moment.

L’hypothèse est soit que le signal émis par le papillon brouille l’écho des chauves souris… ou alors simplement que la chauve souris entend le son caractéristique de cette espèce toxique et s’en désintéresse. Cette capacité est apparue au moins 12 fois chez plusieurs espèces de papillon de nuit, et les chercheurs pensent que la fonction est duelle – les papillons émettant des clics “légers” pourraient “faire croire” à la chauve souris qu’une autre cible existe – générant une espèce d’image sonore de faux papillons, brouillant les pistes – tandis que les papillons émettant des clics forts pourraient carrément brouiller le radar et interférer avec le sonar des chauves souris ! Un domaine passionnant dans lequel beaucoup d’hypothèses sont encore ouvertes. Certaines chenilles de cette famille sont également capables de produire des sons (5).

Pendant ce temps, les papillons peuvent tranquillement polliniser leurs fleurs nocturnes… 

« Je serai la plus belle pour me faire lécher ce soir »

Mais penchons-nous un peu sur les fleurs justement, dont certaines ne dépendent pas d’insectes, mais bien des chauve souris pour leur pollinisation.

Et en matière de stratégie… les plantes ont vraiment de quoi nous surprendre. Si les chauve-souris s’orientent exclusivement au son, comment devenir les plus attractives sur le marché des fleurs ? 

De jour, il n’y a pas de problème : on peut déployer des couleurs chatoyantes, on peut diffuser des parfums suaves et entêtants à la chaleur du soleil… mais la nuit ? Pas de soleil, peu d’odeurs… il faut trouver autre chose. Surtout que d’autres plantes et obstacles peuvent entrer en compétition, et on a vite fait de se retrouver invisible dans une jungle tropical. Certaines plantes adoptent une couleur blanche pour être visible des insectes nocturnes (plus d’infos dans cet article)… mais si son pollinisateur est bigleux et s’oriente à l’oreille, comment faire ?

Premièrement, ces plantes pollinisées par les chauves souris ont des adaptations intéressantes – le fait de faire pendre leurs fleurs au bout de longues tiges suspendues. En mode “chandelier”. On observe cette stratégie chez le Baobab (Adansonia) ou des vignes de la famille des cucurbitacées comme Gurania spinulosa (6).

Ce qui permet, si les chauves souris trouvent l’arbre de venir se suspendre et de leur lécher les parties génitales qui suintent du nectar. Désolée d’utiliser un vocabulaire cru – mais oui les chauves souris sont des adeptes du cunnilingus végétal. Certaines ont même développé des « langues à paille » pour directement pouvoir aspirer le nectar du fond des fleurs, sans avoir à remuer la langue. La chauve souris nectar orange (Lonchophylla robusta) par exemple.

C’est une stratégie coûteuse pour l’arbre – puisqu’elles mettent leurs fleurs et fruits sur des branches spécialisées dépourvues de feuilles, qui ne contribuent pas vraiment à la photosynthèse… mais en échange, le bénéfice est là. Les chauves-souris sont au rendez-vous pour la pollinisation des fleurs, ou pour la dispersion des graines une fois le fruit mangé. Le fait de suspendre ses fruits à un fil à d’ailleurs un nom, si vous voulez vous la péter en soirée : la “flagellichorie” (brillons en société avec des mots nouveaux). 

Feuille parabolique à la rescousse

Certaines espèces comme Marcgravia evenia ont d’autres stratégies (7) : elles adaptent la forme de leurs feuilles en parabole. L’écho envoyé est clair, se propage à grande distance et permet aux chauves souris de bien distinguer la fleur au milieu de la forêt dense. Cette adaptation à elle seule permet de réduire le temps nécessaire aux chauve-souris pour trouver la fleur par deux. Cette liane de la famille des Marcgraviacées est endémique de Cuba, et dépend d’une espèce de chauve souris appelée “Monophyllus” – qui se nourrit de son nectar.

On trouve également cette stratégie sur des plantes à urnes d’ordinaire carnivores. L’exemple le plus cité de cette adaptation, c’est Nepenthes hemsleyana, une plante endémique de Bornéo (8). Plutôt que d’être une carnivore classique, attirant des insectes dans ses sucs digestifs pour les absorber – elle fonctionne plutôt sur une relation mutualiste avec ses copines chauves-souris. Elle produisent moins de fluide visqueux, produisent moins de nectar et d’odeurs… mais présentent une structure parabolique sur les urnes les plus en hauteur. La capacité de réflexion des échos de cette parabole étant très bonne, elles se signalent ainsi au radar des chauves-souris – et offrent le gîte à une espèce de chauve souris précise : Kerivoula hardwickii, “la chauve souris laineuse de Hardwicke” – qui défèque allégrement dans l’urne, fournissant jusqu’à 33,8% de l’azote des feuilles à la plante. Pas mal comme échange non ? 

Tu l’entends ma fleur ?

Une autre plante, Mucuna holtonii de la famille des Fabacées (les pois) fait encore plus fort : ce sont carrément ses fleurs qui signalent leur présence. Dans la famille des fabacées (anciennement papillonacées), on développe des fleurs qui ressemblent à des papillons.
Ces fleurs comprennent plusieurs structures, toujours les mêmes – en bas un pétale qu’un appelle la carène (comme les bateaux), deux “ailes” latérales, et un étendard au dessus de la fleur – qui est souvent un signal visuel pour les pollinisateurs.

En l’occurence chez Mucuna, l’étendard qui se déploie pendant la maturation du bourgeon renvoie les ultrasons – signalant efficacement à la chauve-souris, non seulement que la fleur est enfin mature et pleine de nectar… mais aussi si elle a déjà été visitée ! Parce que oui, une fois la plante repérée, la chauve souris va venir mettre son museau dans le fleur, sucer le nectar en appuyant dessus – et paf !

La fleur va libérer son pollen sur un mode explosif (ce n’est d’ailleurs pas très courant chez les fabacées), et la chauve souris va se faire imbiber de pollen. En appuyant, l’étendard va être légèrement abîmé, et donc moins attractif… ce qui indique aux chauves souris que la fleur a déjà été visitée… les fleurs déjà visitées produisent en plus moins de nectar, donc tout est très bien fait ! (9)

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Certaines fleurs de cactus pollinisées par les chauve souris sont entourées d’une couche duveteuse – et les scientifiques pensent que cela permet l’amplification de la réflexion du son, tout en atténuant le bruit de fond du tronc ou de la tige… Je vous met une photo du cactus Espostoa frutescens, un cactus tout à fait standard qui se couvre effectivement d’un épais duvet, mais juste autour de ses fleurs. Pour la petite histoire, ce cactus s’appelle le “Old Man cactus flower” – il pousse lentement et a du duvet blanc un peu partout… ce qui lui a probablement donné son nom (10).

Dans un autre registre, les fleurs de Markea neurantha, une plante colombienne de la famille des Solanacées (oui, c’est la famille des tomates) ont des fleurs en forme d’énormes cloches, qui renvoie des échos long, avec des caractéristiques complexes qui permettent aux chauves souris d’effectivement bien trouver l’entrée de la fleur. 

La bioacoustique : une nouvelle révolution ?

Toutes ces stratégies formidables, et pourtant, on parle si peu de “son” quand on parle de plantes ! Pourquoi ? Tout simplement parce que les plantes manquent d’organes évidents pour émettre des sons, ou pour les capter et les interpréter. Mais ce n’est pas parce qu’ils ne sont pas évidents, comme une bouche ou une oreille qu’ils n’existent pas.

On sait désormais que les activités métaboliques et physiologiques des plantes produisent des ultrasons de haute et de basse fréquence (10-300kHz).  Leur croissance, les microbules dans leurs vaisseaux conducteurs, la respiration… tout cela pourrait produire des sons informatifs pour d’autres plantes ou d’autres organismes. Repousser des herbivores pendant une sécheresse (9) ? Les hypothèses sont nombreuses, et c’est dans ces moments là que les chercheurs doivent résister à leur tendance spontanée à faire du “finalisme” et à vouloir à tout prix que cela serve à quelque chose – Si c’est possible –  aucune preuve n’existe pour l’instant, pour affirmer que ces sons “servent” à quoi que ce soit.

Ce qui est sûr, c’est que les plantes réagissent au son. Un son peut provoquer une changement dans l’expression des gènes, une production de phytohormone, un changement de croissance ou de vitesse de germination, sans pour autant que l’on comprenne pourquoi.

On a donc deux types de communication entre plantes et animaux (11) :

Une communication passive, qui implique juste de l’émission/amplification/réception de signal entre deux espèces.

Une communication active qui impliquerait soit qu’un animal émette un son en faisant réagir la plante – soit qu’une plante émette un son qui ferait réagir un animal …
– voire une autre plante, c’est une hypothèse défendue par certains scientifiques comme Monica Gagliano – qui publie des résultats d’expériences suggérant une communication acoustique entre plantules en germination… et qui est maintenant invitée par tout un tas d’organisateurs de conférences et de forums pour parler de “bioacoustique” (12).

Je ne veux pas trop m’étendre sur ce sujet dans ce dossier, car il est à peu près aussi controversé que Galilée et le géocentrisme… Mais on estime qu’il y a encore 250 genres de plantes Néotropicales qui sont pollinisées par les chauves souris, donc on a pas fini de découvrir de nouvelles espèces et de nouvelles stratégies mutualistes à base de son. M’est avis que ce domaine révèlera des surprises intéressantes dans le futur ! 

Pour aller plus loin :

Retrouvez plus d’histoires de plantes sur le compte twitter du Plantoscope.

1. Griffin, D. G. Listening In The Dark: The Acoustic Orientation Of Bats And Men. (Yale University Press, 1958).

2. Kyhn, L. A. et al. Clicking in a Killer Whale Habitat: Narrow-Band, High-Frequency Biosonar Clicks of Harbour Porpoise (Phocoena phocoena) and Dall’s Porpoise (Phocoenoides dalli). PLOS ONE8, e63763 (2013). (DOI : 10.1371/journal.pone.0063763)

3. Corcoran, A. J., Barber, J. R. & Conner, W. E. Tiger Moth Jams Bat Sonar. Science325, 325–327 (2009). (DOI : 10.1126/science.1174096)

4. Zagorinsky, A. A., Zhantiev, R. D. & Korsunovskaya, O. S. The sound signals of hawkmoths (Lepidoptera, sphingidae). Entmol. Rev.92, 601–604 (2012). (DOI : 10.1134/S0013873812060012)

5. Bura, V. L., Kawahara, A. Y. & Yack, J. E. A Comparative Analysis of Sonic Defences in Bombycoidea Caterpillars. Scientific Reports6, 31469 (2016). (DOI : 10.1038/srep31469)

6. Kalko, E. K. V. & Condon, M. A. Echolocation, olfaction and fruit display: how bats find fruit of flagellichorous cucurbits. Functional Ecology12, 364–372 (1998). (DOI : 10.1046/j.1365-2435.1998.00198.x)

7. Simon, R., Holderied, M. W., Koch, C. U. & Helversen, O. von. Floral Acoustics: Conspicuous Echoes of a Dish-Shaped Leaf Attract Bat Pollinators. Science333, 631–633 (2011). (DOI : 10.1126/science.1204210)

8. Schöner, M. G. et al. Bats Are Acoustically Attracted to Mutualistic Carnivorous Plants. Current Biology25, 1911–1916 (2015). (DOI : 10.1016/j.cub.2015.05.054)

9. Von Helversen, D. & von Helversen, O. Acoustic guide in bat-pollinated flower. Nature398, 759–760 (1999). (10.1038/19648)

10. Simon, R. et al. An ultrasound absorbing inflorescence zone enhances echo-acoustic contrast of bat-pollinated cactus flowers. bioRxiv 2019.12.28.890046 (2019) (doi: 10.1101/2019.12.28.89004 ).

11. Schöner, M. G., Simon, R. & Schöner, C. R. Acoustic communication in plant–animal interactions. Current Opinion in Plant Biology32, 88–95 (2016). (DOI : 10.1016/j.pbi.2016.06.011)

12. Gagliano, M. The flowering of plant bioacoustics: how and why. Behavioral Ecology24, 800–801 (2013). (DOI : 10.1093/beheco/art021)