Exercice 2 · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Amérique du Nord 2022 (jour 1)
Thème : Reproduction de la plante entre vie fixée et mobilité · Tiré du sujet Jour 1 (2022)
Énoncé
EXERCICE 2 – De la plante sauvage à la plante domestiquée (9 points)
Quand les fourmis dispersent les graines...
Les fourmis dispersent massivement des graines dont par ailleurs elles peuvent se nourrir. Dans nos régions il s'agit le plus souvent de plantes herbacées des sous-bois qui disposent sur leur graine d'un dispositif n'intervenant pas dans la germination et appelé élaïosome.
Montrer que la dispersion de certaines graines peut reposer sur des interactions mutualistes entre des fourmis et une plante.
Vous organiserez votre réponse selon la démarche de votre choix. Vous veillerez à y intégrer des données issues des documents et les connaissances complémentaires nécessaires.
Document 1 - Pourcentage de semences récoltées par deux espèces de fourmis en fonction de la composition de la semence.
Deux espèces de fourmis sont étudiées: Lasius niger et Myrmica rubra auxquelles les chercheurs présentent deux espèces de plantes la Chélidoine et la Violette dont les graines à élaïosome sont consommées par les fourmis.
Trois propositions de semences sont faites aux fourmis: les graines entières (c'est-à-dire avec élaïosome), les graines sans élaïosome et les élaïosomes seuls.
Les chercheurs notent les pourcentages des différentes semences récoltées par les fourmis.
Document 2 - Caractéristiques des semences de Chélidoine et de Violette
a) Masse moyenne des semences
Espèces végétales
Masse moyenne de la graine entière en mg
Masse moyenne de l'élaïosome en mg
Chélidoine
0,985
0,309
Violette
4,23
0,772
D'après Pablo Servigne Thèse Université libre de Bruxelles « Etude expérimentale et comparative de la myrmécochorie »
b) Composition moyenne des élaïosomes et des graines chez toutes les plantes
D'après Fischer and All Oecologia (2008). "Chemical differences between seeds and elaiosomes indicate an adaptation to nutritional needs of ants"
Document 3 - Nombre de fourmis présentes dans une zone délimitée et période de production de graines.
Une étude réalisée en Allemagne a permis de comptabiliser des fourmis sur une parcelle de terrain délimitée.
D'après Oberrath (2000) "Seed dispersal by ants and its consequences for the phenology of plants"
Document 4 - Consommation des semences rapportées au nid
Les fourmis de l'expérience suivante sont nourries avec de la gelée nutritive contenant protéines, sucres et vitamines. En plus de la gelée nutritive, des élaïosomes dont les acides aminés sont marqués avec de l'azote 15 N sont également mis à disposition des fourmis les jours 0 et 1.
On mesure l'enrichissement en azote 15 N des larves et des adultes au cours d'une semaine.
D'après Fischer et all 2005 A study system for mutualistic animal-plant-interactions
Document 5 - Dispersion des graines dans l'espace par Myrmica
Sur des zones d'étude de 2,5 m sur 3 m les chercheurs observent la germination de graines (représentées par des cercles blancs sur le schéma) provenant de deux plantes mères (représentées par des cercles gris).
Dans la zone d'étude de gauche il y a des fourmis Myrmica provenant d'un nid indiqué par un triangle. Il n'y a pas de fourmis dans la zone d'étude de droite.
Les schémas présentent les résultats obtenus sur l'une des zones d'étude. Les autres zones ont donné des résultats similaires.
D'après Gerriet Fokuhl and all « Une expérience de mésocosme fourmilière révèle des schémas de dispersion de plantes myrmécochoreuses »
Corrigé
Corrigé proposé par AprenAI (non officiel)
Montrer que la dispersion de certaines graines peut reposer sur des interactions mutualistes entre des fourmis et une plante.
Réponse : Une interaction mutualiste est une interaction à bénéfices réciproques entre deux espèces différentes. ### 1. Les bénéfices pour les fourmis : un apport nutritionnel ciblé et synchrone - Rôle attractif de l'élaïosome (Doc 1 et 2a) : Les fourmis (*Lasius niger* et *Myrmica rubra*) récoltent préférentiellement les graines entières (27 à 50 %) et surtout les élaïosomes isolés (38 à 64 %), alors que les graines nues sans élaïosome sont délaissées (moins de 10 % chez *Lasius*, 8 à 21 % chez *Myrmica*). L'élaïosome représente une part importante de la masse de la semence (environ 31 % de la masse chez la Chélidoine, 18 % chez la Violette). - Qualité nutritionnelle adaptée (Doc 2b) : Si les graines sont riches en lipides et en protéines de réserve pour le futur embryon, les élaïosomes se distinguent par une très forte teneur en acides aminés libres (70 mg/g contre 10 mg/g dans la graine) et en lipides (200 mg/g). Ils constituent donc une ressource immédiatement assimilable. - Bénéfice direct pour le développement de la colonie (Doc 4) : Le suivi isotopique à l'azote 15 montre que l'enrichissement en chez les adultes stagne à environ 7 %, alors qu'il augmente continuellement chez les larves pour atteindre 11,5 % au bout de 7 jours. Les acides aminés de l'élaïosome sont donc spécifiquement apportés au nid pour nourrir et faire grandir les larves. - Synchronisation temporelle (Doc 3) : Le pic d'activité et de présence des fourmis (avril à juillet, environ 160 à 190 fourmis observées) coïncide exactement avec la période de production des graines par les végétaux de sous-bois. ### 2. Les bénéfices pour la plante : une dispersion spatiale efficace (myrmécochorie) - Évitement de la compétition intraspécifique (Doc 5) : En absence de fourmis, la germination des graines se produit quasiment exclusivement au pied immédiat des plantes mères (regroupement dense à moins de 20-30 cm). En présence de fourmis (*Myrmica*), les graines sont transportées, emportées vers la fourmilière et disséminées dans tout l'espace d'étude (jusqu'à plusieurs mètres de la plante mère). - Survie de la graine : L'élaïosome n'intervenant pas dans la germination et étant détaché/consommé par les fourmis sans endommager la graine elle-même, la graine intacte est abandonnée dans un environnement favorable (sol riche en nutriments près du nid), ce qui favorise la colonisation de nouveaux milieux et limite la compétition entre la plante mère et ses descendants. Conclusion : Cette association est un exemple d'interaction mutualiste à bénéfices réciproques : la plante fournit une récompense trophique indispensable aux larves de la colonie (l'élaïosome), tandis que les fourmis assurent le transport et la dispersion efficace des graines (myrmécochorie).
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