b) Etude d’un piège adhésif, l’exemple des droseras

 

Presentation

Le Drosera est connu depuis assez longtemps des botanistes occidentaux mais il a fallu attendre 1780 pour que des naturalistes britanniques et allemands remarquent que cette plante était capable de capturer des insectes.

Charles Darwin a conduit lui-même de nombreuses expériences sur le genre Drosera, et démontra que cette plante était carnivore.

À partir de 1860, Charles Darwin, et son fils Francis, font une série d'expériences afin d’étudier la manière dont les Droseras attrapaient et digéraient leurs proies. Ils ont constaté  que les espèces nourries atteignaient une taille plus imposante que les espèces qui n’était pas nourries avec de la viande crue ou rôtie, le fromage, la saucisse, le blanc d’œuf et le lait (riche en protéine). Cependant ces plantes ne digéraient pas le sucre, l’amidon et les graisses végétales.

Dans une lettre adressée a Joseph Hooker (un botaniste anglais), Darwin écrit : 

« J'ai travaillé comme un fou sur le Drosera. Je vous citerais un fait absolument certain, et que pourtant vous ne croirez pas, à savoir qu'un poil d'un poids infime placé sur une glande fait se recourber vers l'intérieur un des poils glanduleux du Drosera et modifie chacune des cellules de la tige de la glande. »

 

Le Drosera le fascinait tant qu’il a fini par publier un ouvrage  Insectivorous Plants  en 1875 où il consacre 285 pages sur 462 aux expériences et observations réalisés sur cette plante.

Des recherches sont actuellement mises en œuvre sur le Drosera, dont une bonne partie est centrée sur le séquençage génétique pour comprendre le lien du Drosera avec les autres genres de plantes carnivores. En effet The American Journal of Botany a publié une étude d’ADN,  qui montrerait que les genres Dionaea et Aldrovanda sont directement issus du genre Drosera.  Les pièges de ces deux premiers se sont développé développent à partir des mêmes gènes. De plus le Drosera serait originaire d'Afrique et d'Australie. Ces espèces auraient  migré en Amérique du Sud et en Afrique.

Le genre de la famille des Droseraceaecompte environs 171 espèces, ce qui fait de ce genre l’un des plus vastes des plantes carnivores. De plus, ce genre est présent sur l’ensemble des continents à l’exception de l’Antarctique.

Description

Les feuilles du Drosera ont des tentacules sur lesquelles on voie des glandes qui sont mobiles et qui ont différentes fonctions comme la production de mucilage, des enzymes, et assurent l’assimilation.

Toutes les feuilles ont  une face de poils adhésifs.

 

Figure 1 drosera rotundifolia

 

Chaque poil possède en son sein une zone endodermoïde. Suivant les espèces, elle peut être transparente, rouge  ou verte.

Chaque pédicelle de chaque tentacule contient  une ou deux files de vaisseaux spiralés qui sont des
vaisseaux. Ils aboutissent, dans la partie renflée du tentacule, ils sont recouvert de cellules sécrétrices. Ces cellules élaborent des mucilages et des enzymes protéolytiques, c'est-à-dire des enzymes qui coupent les protéines. Les sécrétions des tentacules des droséras sont acides, favorisant l’action des enzymes protéolytiques. La sécrétion s’effectue à travers des cellules parenchymateuses des pédicelles des tentacules qui au repos sont composés d’une grande vacuole contenant un colorant de bétalaïne rouge vif qui colore les tentacules. 

Attirance :  Pour attirer les insectes, la droséra sollicite beaucoup leur vue. La drosera doit son  surnom de rosée du soleil, rossolis ou encore oreille du diable grâce  à son mucilage transparent ou rouge, qui au soleil brille et donne l’illusion de la rosé ou de nectar. Ses sécrétions sont de plus en plus abondantes plus le jeun est important. L’insecte pensant se désaltérer ou attirer par le brillant du mucilage vient s’y déposer

Donc nous allons nous intéressé à cette couleur rouge du mucilage. Le pigment des bétalaïne est à l’origine de cette couleur. Les bétalaïnes ont été découverts en 1958 et ont été extraite  la première fois d’une betterave rouge qui lui a valu son nom. La betterave fait partit de l’ordre des Caryophyllales comme la plupart des plantes ayant des pigments de bétalaïne comme par exemple la dionée ou le drosera.

Il existe deux types de bétalaïne :

-          Les bétacyanines qui sont des pigments de couleur rouge à violet. Exemple de la bétanine qui absorbe à 535 nm.

-          Les bétaxanthines qui sont des pigments de couleur jaune à orange et. Exemple de l’indicaxanthine qui absorbe à 484nm.

Le paramètre qui influences le changement de couleur est le chauffage.

Les bétacyanines sont dans nos plantes carnivores. La couleur rouge de la bétanine est du aux groupes chromophores : ce sont des doubles liaisons, qui permettent l’absorption de la lumière dans le domaine visible en l’occurrence la bétanine absorbe du cyan au vert.

Groupes chromophores (rouge)  .Nous avons  9 liaisons doubles dont 8 conjugués

De plus, cette molécule possèdent de nombreux groupes autochromes qui peuvent ont aussi ale rôle de modifier la longueur d’onde d’absorption vers des plus grandes longueurs d’ondes les groupes auxochromes observé sont –OH ; -NH ; -O-CH.

         (bleu) Groupes auxochromes.

Capture :

Capture :

1)      Mode de capture

La droséra capensis possède un piège adhésif avec mouvement. L’insecte est tout d’abord englué par le mucilage, puis, en se débattant afin de se dégager, il fait recourber les poils voisins sur la proie, en le recouvrant d’une plus importante couche de mucilage.

En effet ces tentacules apportent une quantité supplémentaire de mucus, et permette une meilleurs répartition des enzymes digestifs. L’insecte finira totalement recouvert par cette glue qui va boucher ces pores respiratoire et provoqué une mort par asphyxie.

Chez la droséra capensis il y a aussi bien un mouvement des tentacules, que de la feuille elle-même.

Le mouvement des tentacules s’explique par la zone charnière, situé sous la tête de chaque tentacule de la drosera, c’est une zone beaucoup plus fine et souple que n’importe qu’elle autre zone de la plante. Les cellules de cette zone sont plus sensibles au toucher que les autres cellules.

2)Mécanisme de fermeture de la drosera

C’est elles d’ailleurs qui vont signaler la présence de l’insecte à la plante. Quand la proie les touches, ses cellules subissent une déformation. On dit qu’elle reçoivent un signal mécanique de la proie, ce signal est ensuite transcrit en signal chimique par les cellules sensitives afin de communiquer de cellule en cellule jusqu’aux cellules motrices situées à la base du tentacule.

On sait que les ions chlorure et calcium, des protéines G sont impliquées dans le transport de ce signal comme nous l’avons vu précédemment chez la dionée à l’exception près que chaque tentacule de droséra est activée individuellement contrairement à la dionée.

La courbure de la feuille peut s’expliquer quand à elle par un changement du transport d'une hormone végétale de la famille des auxines (une hormone de croissance indispensable au développement de la plante) sous le tentacule concernée. C’est ce qui va provoquer sous ce tentacule, une croissance plus rapide de la face inférieure du piège par rapport à sa face supérieure, et donc par conséquent, à une inflexion de la feuille sous la proie. D’autres mécanismes peuvent être responsables de la courbure de la droséra cependant ils restent encore inexploités.

En regardant la vidéo d’un insecte se faisant capturer par une droséra on observe que le mucilage à un aspect gluant qui nous fait penser à la colle. Cela nous a amené à émettre l’hypothèse que le mucilage était composé de sucre réducteur qui donnait à la plantes un pouvoir adhésif. C’est pourquoi nous avons fait le test à la liqueur de Fehling afin de vérifier si notre hypothèse était vraie.

3)Réaction à la liqueur de fehling

Expérience :

Observation nous voyons un précipité rouge dans le tube à essais contenant le mucilage de la plante, ce qui nous montre que le mucilage contient bien des sucres réducteurs.

Nous allons maintenant expliquer la réaction de la liqueur de Fehling avec le glucose :  Un ose à n carbones est composé d'une chaîne carbonée non ramifiée, de 3 à 7 carbones. Il ne comporte que des liaisons simples. Tous les carbones portent une fonction alcool (c’est à dire OH) sauf un qui porte une fonction carbonyle. Cela détermine deux catégories d'oses :

Un ose peut-être un aldéhyde ou un cétone qui sont des composés oxygénés qui contiennent le groupe carbonyle   directement lié à des atomes de carbones ou d’hydrogène.

Un composé carbonylé, dont l’atome de carbone fonctionnel est lié à au moins un atome

D’hydrogène, est un aldéhyde de formule général     

                

Donc  si la fonction carbonyle est une fonction aldéhyde, elle se trouve sur le premier carbone et il s'agit d'un aldose (par exemple le glucose).

En revanche si le composé carbonylé, a un atome fonctionnel qui n’est pas lié seulement à des atomes de carbone, c’est une cétone de formule générale :

On la trouve sur le second carbone,  c’est par exemple du fructose.

Nous nous intéressons aux glucoses car se sont ces aldéhydes que nous avons identifiées dans le mucilage de notre plante.

Les aldéhydes, en particulier les aldoses, se distinguent des cétones car ils s’oxydent facilement pour donner des acides carboxyliques. Cette spécificité est utilisée quand  nous réalisons des tests d'identification colorés pour différencier les aldéhydes des cétones. En effet le test à la liqueur de Fehling joue sur 2 couleurs :

le bleu d’une solution cuivre (II)

 le rouge du précipité d’oxyde de cuivre.

Cette expérience doit ce faire en milieu basique alors que  l’ion cuivre (II) prend normalement la forme d’un précipité d'hydroxyde de cuivre (II) en milieu basique. Pour éviter cette précipitation, on enferme l'ion cuivre dans un complexe. L'ion utilisé pour complexer le cuivre est l'ion tartrate. Dans un complexe on voit un ion central à qui on ajoute un autre ion, qui est de signe opposé. L'ion cuivre (II) réagit avec deux ions hydroxydes pour donner l'hydroxyde de cuivre (II) Mais l'ion tartrate est incapable de garder dans son complexes l’ion cuivreux Cu +.                     La structure du complexe est la suivante :

Complexe cuivre (II)-tartrate

La réduction de Cu2 + en Cu +, par réduction de sucres,  forme un précipité rouge orangé. C’est donc une réaction d’oxydoréduction. Une réaction d’oxydoréduction est une réaction au cours de laquelle des électrons sont transférés entre les  réactifs.

L’espèce chimique capable de capter un ou plusieurs électrons est appelé l’oxydant.

L’espèce chimique capable de céder un ou plusieurs électrons est appelé le réducteur.

Les deux espèces C₆H₁₁O₇^-   (aq) et C₆H₁₂O₆  (aq) sont dite conjuguées et forment un couple oxydant/ réducteur, ou couple redox noté C₆H₁₁O₇^- / C₆H₁₂O_6.

 C₆H₁₂O₆ +3HO^- = C₆H₁₁O₇^- + 2e^- +2H₂O oxidation

Même chose pour le couple redox : CuT₂^2- / Cu₂O(s)

2CuT₂^2-+ 2e^- +2HO^-       Cu₂O(s)+ 4T^2- +H₂O réduction

Donc l’équation de la réaction d’oxydoréduction est :

   C₆H₁₂O₆ +5HO^- +2CuT₂^2-= C₆H₁₁O₇^- +Cu₂O(s)+ 4T^2- +3H₂O.

   

Remarque : Dans notre expérience nous utilisons le chauffage, il sert juste à accélérer la réaction chimique et les interactions entre les molécules.

La digestion

Pour qu’il y est une digestion et donc une assimilation des azote de l’insecte, la proie doit être présente dans un liquide comme le mucilage de la dionée qui a enveloppé la proie. Pour transformer la matière organique de l’insecte en petite molécule capable d’être réabsorber.

Il faut l’action des enzymes. En fonction des genres, des espèces et de la glande la nature des enzymes varie. Pour la droséra capensis il s’agit de la glande pédicellée, cette drosera sécrètent beaucoup d’estérase et du phosphatase acide. La glande est rattaché a un système vascularisé. En effet s la  glande sécrétrice qui possèdes des cellules sécrétrices, une structure de cuticule et des cellules basales nous montre bien que le pédicelle est vascularisé.

Quand il y a une stimulation de cette glande sécrétrice, les enzymes traverse le plasmalemme ou bien le plasmalemme se détruit et les enzymes se répande à l'extérieur à de la cuticule par les discontinuités. Le stimulus chimique provoque une interruption des glandes digestives, le cuticule est normalement imperméable mais à ce moment là il laisse passé les enzymes

A la fin d’une digestion on observe les restes chitineux des insectes puisque la plante absorbe les protéines et laisse la chitine. La plante conserve la carcasse de l’insecte jusqu’à ce que la feuille soit desséchée ou que la dépouille soit emportée par la pluie ou le vent.