Le Règne végétal

Qu'est-ce qu'une plante ?

Demandez à un enfant de dessiner une plante : vous obtiendrez une tige, deux feuilles et une fleur. Un botaniste a besoin de plus de temps, car le mot doit aller d'une mousse grande comme un ongle au séquoia géant tout en excluant les champignons, les algues marines et le corail. La définition moderne repose sur un seul événement très ancien. Il y a environ 1,5 milliard d'années (les botanistes en débattent encore), une cellule a englouti une cyanobactérie et, au lieu de la digérer, l'a gardée. Cette captive est devenue le chloroplaste, et tous les descendants de cette cellule forment le groupe que l'on appelle aujourd'hui les Archéplastides : les glaucophytes, les algues rouges et la lignée verte qui va de l'écume des mares au chêne.

Au sein de cette lignée verte se trouvent les plantes terrestres, ou embryophytes, ainsi nommées parce qu'elles abritent l'embryon dans les tissus du parent. Elles partagent un même équipement : des cellules entourées d'une paroi de cellulose, un polymère rigide de glucose ; une grande vacuole pleine d'eau qui maintient la cellule ferme ; un cycle de vie alternant deux générations ; et un jeu de pigments bâti autour des chlorophylles a et b. Le règne comprend donc les mousses, les hépatiques, les anthocérotes, les fougères, les conifères et les plantes à fleurs. Le rapport State of the World's Plants de Kew dénombrait en 2016 environ 391 000 espèces vasculaires nommées, et le compte augmente de quelque 2 000 par an.

La preuve est inscrite dans la cellule. Au microscope électronique, un chloroplaste montre deux membranes, dont l'interne est encore bâtie comme une enveloppe bactérienne, et renferme un petit génome circulaire dont les gènes ressemblent à ceux des cyanobactéries vivantes. En 1905, le botaniste russe Konstantin Merejkovski avait deviné que les chloroplastes avaient jadis vécu libres ; le séquençage de l'ADN lui a donné raison dans les années 1970. Le glaucophyte Cyanophora paradoxa, une algue d'eau douce, conserve même une mince paroi bactérienne autour de ses chloroplastes, vestige de la capture originelle.

Les frontières du règne ne passent pas où l'on croit. Les champignons ne sont pas des plantes : leur paroi est faite de chitine, la matière des carapaces d'insectes, ils se nourrissent par absorption et, dans l'arbre du vivant, ils voisinent avec les animaux. Le grand kelp des forêts sous-marines de Californie, Macrocystis pyrifera, est un straménopile qui a acquis ses chloroplastes de seconde main, auprès d'une algue rouge ; la plupart des botanistes le laissent donc dehors. Le corail est un animal avec des algues en pension. En revanche, une mousse sur un mur d'Écosse, une lentille d'eau sur un étang de Thaïlande et un baobab de Madagascar sont tous citoyens à part entière.

Le saviez-vous ? Quand Linné divisa la nature en trois règnes en 1735, il nomma l'un d'eux Regnum Vegetabile ; « végétal » désignait n'importe quelle plante, si bien qu'un naturaliste du XVIIIe siècle pouvait sans ironie appeler un chêne un végétal.

La définition compte, car les plantes sont l'économie de la biosphère. Les plantes terrestres renferment environ 450 milliards de tonnes de carbone, soit près de 80 % de toute la biomasse vivante de la Terre, et presque chaque calorie qu'un animal avale a d'abord été fixée par une cellule verte. Tracer la frontière correctement, c'est dire quels organismes partagent l'héritage de cette première bactérie capturée, et c'est cet héritage que ce livre explore. Une plante, au fond, est une cellule qui a attrapé le Soleil et ne l'a jamais lâché.

La cellule végétale

En 1665, Robert Hooke glissa une lamelle de liège sous son microscope et vit, écrit-il dans Micrographia, « une grande quantité de petites boîtes ». Elles lui rappelaient les cellules des moines : il les appela cellules. Il observait en réalité les parois vides et mortes d'un tissu d'écorce, et calcula qu'un pouce cube de liège en contenait plus de 1 200 millions. Le mot est resté, et avec lui ce qu'il avait remarqué sans le comprendre : une cellule végétale se définit d'abord par sa paroi.

La paroi cellulaire est faite de cellulose, des chaînes de glucose assemblées en microfibrilles plus résistantes, à poids égal, que l'acier, et cimentées par des pectines et des hémicelluloses. À l'intérieur se trouve la cellule vivante : une membrane, un cytoplasme, un noyau, des mitochondries et les deux organites qui rendent la cellule végétale reconnaissable entre toutes. Les chloroplastes transforment la lumière en sucre. La vacuole centrale, une poche de sève aqueuse, peut occuper 90 % d'une cellule adulte et plaquer le cytoplasme en une mince pellicule contre la paroi. Cette pression, la turgescence, est ce qui garde une feuille de laitue croquante ; ses valeurs habituelles, de 0,5 à 1 mégapascal, dépassent plusieurs fois la pression d'un pneu de voiture. Que la vacuole perde son eau, et la cellule s'affaisse : le flétrissement n'est rien d'autre.

Les cellules végétales sont aussi reliées entre elles comme les cellules animales ne le sont pas. De minuscules canaux, les plasmodesmes, nommés par Eduard Strasburger en 1901, traversent les parois et joignent le cytoplasme d'une cellule à celui de sa voisine, si bien qu'une feuille est, d'une certaine façon, un seul espace vivant continu cloisonné de cellulose. Sucres, hormones et même génomes viraux y circulent.

Nous le savons en grande partie grâce à Matthias Schleiden, qui soutint en 1838 que toute plante est faite de cellules et que chacune de ses parties en naît ; son ami Theodor Schwann étendit l'idée aux animaux l'année suivante, et la théorie cellulaire était née. Les preuves modernes viennent du microscope électronique et de cellules géantes assez obligeantes pour se laisser expérimenter : les cellules internodales de l'algue d'étang Chara mesurent plusieurs centimètres, et les physiologistes ont pu y planter des microélectrodes pour mesurer la turgescence directement. Une fibre de coton est une cellule unique de deux à trois centimètres ; celles de la ramie, Boehmeria nivea, sont plus longues encore.

Le saviez-vous ? La cellulose est le polymère organique le plus abondant de la Terre ; les plantes en fabriquent bien plus de cent milliards de tonnes par an, de quoi reconstruire plusieurs fois tous les bâtiments de la planète.

L'architecture de la cellule explique le mode de vie de la plante. Une paroi, c'est ni reptation, ni déglutition, ni muscles : les plantes croissent au lieu de se déplacer, et puisent eau, lumière et air par toute leur surface. Une vacuole, c'est une cellule qui peut devenir grande à peu de frais, gonflée d'eau plutôt que remplie de protéines coûteuses, ce qui explique qu'un arbre puisse être immense tout en étant surtout fait d'air et de sève. Les petites boîtes de Hooke se sont révélées être l'architecture de presque tout ce qui est vert sur Terre.

Le chloroplaste

Chaque cellule verte héberge une colonie d'anciennes bactéries. Un chloroplaste est un corps en forme de lentille de cinq à dix micromètres, bordé de deux membranes, et une seule cellule du mésophylle d'une feuille d'épinard peut en contenir jusqu'à une centaine. À l'intérieur, un troisième système de membranes se replie en sacs aplatis, les thylakoïdes, empilés comme des pièces de monnaie en grana ; c'est là que siège la chlorophylle et que se déroulent les réactions lumineuses de la photosynthèse. Le liquide qui les entoure, le stroma, est l'endroit où le dioxyde de carbone devient sucre.

L'étrange, c'est que les chloroplastes ne font pas tout à fait partie de la cellule. Ils possèdent leur propre petit génome circulaire, d'environ 120 à 160 mille paires de bases et quelque 120 gènes ; ils fabriquent certaines de leurs protéines sur des ribosomes de type bactérien ; et ils se reproduisent en se pinçant en deux, à l'aide d'un anneau FtsZ, comme une bactérie en division. Une cellule ne peut pas construire un chloroplaste de toutes pièces : elle ne peut qu'en hériter.

C'est exactement ce que proposa Konstantin Merejkovski en 1905 : les corps verts des plantes étaient jadis des cyanobactéries libres, adoptées par un hôte incolore. L'idée fut moquée pendant soixante ans. En 1967, Lynn Margulis, qui publiait alors sous le nom de Lynn Sagan, la ressuscita dans un article que, selon elle, une quinzaine de revues avaient refusé ; dans les années 1970, le séquençage de l'ARN ribosomique des chloroplastes, par Linda Bonen et W. Ford Doolittle entre autres, montra qu'il ressemblait bien davantage à celui des cyanobactéries qu'à celui du noyau de la plante. En 1986, des équipes japonaises publièrent les génomes chloroplastiques complets du tabac et de l'hépatique Marchantia, et l'affaire fut close. La capture, une endosymbiose primaire, n'a eu lieu qu'une fois, il y a environ 1,5 milliard d'années, et a donné naissance à toutes les algues rouges, aux algues vertes et aux plantes terrestres.

Les chloroplastes sont aussi étonnamment mobiles. Sous une lumière faible, ils s'étalent au sommet de la cellule pour capter les photons ; sous une lumière forte, ils glissent le long des parois latérales pour éviter les dégâts, une réaction décrite par Gustav Senn en 1908 et attribuée en 2001 au récepteur de lumière bleue phototropine 2. Ailleurs, l'histoire s'est répétée : l'amibe d'eau douce Paulinella chromatophora a capturé sa propre cyanobactérie il y a une centaine de millions d'années et est encore en train de la domestiquer, et la limace de mer Elysia chlorotica vole les chloroplastes de l'algue qu'elle mange et les fait photosynthétiser pendant des mois.

Le saviez-vous ? La plupart des gènes du chloroplaste ont migré au fil des âges vers le noyau de la plante ; un chloroplaste moderne importe plus de 2 000 protéines qu'il ne sait plus fabriquer lui-même.

Cela signifie que le règne végétal est un partenariat plutôt qu'une lignée. L'ascendance cyanobactérienne du chloroplaste explique pourquoi les herbicides qui bloquent les ribosomes de type bactérien abîment les plantes, pourquoi l'ADN des plastes est le code-barres préféré des botanistes pour identifier les espèces, et pourquoi une feuille ressemble, au microscope, à une cité de bactéries captives faisant le travail du Soleil. Toute plante est, au fond, un enlèvement réussi.

Pourquoi les plantes sont vertes

Le vert d'une feuille est la lumière qu'elle refuse. La chlorophylle a, le pigment au cœur de toute photosynthèse végétale, absorbe fortement dans le bleu, vers 430 nanomètres, et dans le rouge, vers 660 ; la chlorophylle b, son auxiliaire, comble les creux à 450 et 640. Entre les deux s'étend la partie verte et jaune du spectre, de 500 à 570 nanomètres environ, que les pigments laissent largement passer ou renvoient. Ce qui parvient à votre œil est le reste. Une feuille est verte pour la même raison qu'une porte rouge est rouge : c'est la couleur qu'elle ne garde pas.

Theodor Engelmann le montra avec élégance en 1883 : il posa un filament de l'algue Spirogyra sous un minuscule spectre projeté par un prisme et y ajouta des bactéries avides d'oxygène. Les bactéries s'agglutinèrent dans les bandes rouge et bleue, là où l'oxygène se dégageait, et ignorèrent le vert. Vingt ans plus tard, en 1903, le botaniste russe Mikhaïl Tswett broya des feuilles, versa l'extrait dans une colonne de craie et le regarda se séparer en bandes vertes et jaunes. Il baptisa la méthode chromatographie, l'écriture des couleurs, et elle reste l'outil de base du chimiste.

La chlorophylle n'est pas seule. Les caroténoïdes, comme le bêta-carotène et la lutéine, absorbent le bleu et le bleu-vert, transmettent l'énergie à la chlorophylle et épongent l'excès de lumière qui ferait des dégâts ; ils sont jaunes et orange, et toujours présents. En automne, quand un arbre à feuilles caduques retire l'azote de ses feuilles et démonte la chlorophylle, les caroténoïdes sont simplement démasqués : c'est pourquoi un bouleau jaunit. Les rouges sont une autre affaire. Les anthocyanes sont fabriquées à neuf dans la feuille mourante, à un certain coût pour l'arbre, et les botanistes débattent encore du pourquoi ; l'hypothèse dominante veut qu'elles protègent la machinerie de la feuille pendant la récupération des nutriments. L'érable rouge, Acer rubrum, en Nouvelle-Angleterre et les érables du Japon de Kyoto le font avec éclat ; la plupart des arbres d'Europe, moins riches en espèces à feuilles rouges, s'en donnent à peine la peine.

Tous les photosynthétiseurs n'ont pas opté pour le vert. Les algues rouges portent de la phycoérythrine, qui absorbe la lumière verte que la chlorophylle gaspille, et c'est précisément le vert qui pénètre le plus profond dans une mer claire, puisque le rouge est avalé dans les dix premiers mètres et que le bleu se disperse. Voilà pourquoi l'organisme photosynthétique vivant le plus profond jamais trouvé, une algue rouge encroûtante découverte au large des Bahamas en 1984, à 268 mètres, est rouge. Les feuilles panachées, les hostas et les figuiers éclaboussés de blanc des jardineries, sont le plus souvent des chimères dont certaines cellules ont perdu toute capacité à fabriquer de la chlorophylle.

Le saviez-vous ? Nul ne sait avec certitude pourquoi les plantes dédaignent la lumière verte, au pic du rayonnement solaire ; certains chercheurs suggèrent que les premiers photosynthétiseurs ont évolué sous une couche de microbes pourpres qui avaient déjà pris le vert.

La couleur du règne est donc la trace de choix faits il y a des milliards d'années et jamais révisés. Les satellites la lisent désormais depuis l'orbite, en mesurant le « red edge », la frontière où les feuilles cessent d'absorber et commencent à réfléchir, pour cartographier les saisons de croissance de la planète. Le vert n'est pas ce que les plantes sont ; c'est ce qu'elles nous laissent.

Les extrêmes du règne

La plus petite plante à fleurs de la Terre passerait par le chas d'une aiguille. Wolffia, la lentille d'eau sans racines des eaux calmes, de l'Australie à l'Amazonie, est un grain vert de moins d'un millimètre qui pèse environ un dixième de milligramme ; sa fleur, une étamine et un stigmate sans pétales, loge dans une fossette de sa face supérieure. À l'autre bout de l'échelle, la parasite Rafflesia arnoldii de Sumatra et de Bornéo ouvre une fleur unique, rouille, d'un mètre de diamètre, pesant sept kilos ou plus et sentant la charogne pour attirer les mouches qui la pollinisent. Joseph Arnold et Stamford Raffles trouvèrent la première en 1818. La plante n'a ni feuilles, ni tige, ni racines propres : elle vit en filaments dans une liane de la jungle et n'apparaît que pour fleurir.

La hauteur est un autre concours. L'arum titan, Amorphophallus titanum, lui aussi de Sumatra, dresse un épi floral d'environ trois mètres, la plus grande inflorescence non ramifiée connue, et le chauffe pour répandre une puanteur que les jardins botaniques, de Kew à Bonn, annoncent avec des barrières de file d'attente. Il s'agit techniquement de centaines de petites fleurs sur une seule hampe, ce qui laisse à Rafflesia le record de la fleur unique.

La plus grande plante de toutes est presque invisible. Dans Shark Bay, en Australie-Occidentale, une prairie de posidonie, Posidonia australis, longue d'environ 180 kilomètres, s'est révélée en 2022, par échantillonnage génétique, n'être qu'un seul clone, âgé sans doute de quelque 4 500 ans, qui s'étend par ses stolons de quelques centimètres par an depuis que la baie s'est inondée. Les racines les plus profondes appartiennent à l'arbre du berger, Boscia albitrunca du Kalahari, signalé en 1974 à 68 mètres sous terre dans une galerie de mine du Cap-Nord sud-africain. La croissance la plus rapide est celle du bambou : certaines espèces de Phyllostachys ont été mesurées gagnant 91 centimètres en un seul jour.

Si les botanistes connaissent ces chiffres, c'est que quelqu'un les a mesurés, en général avec un mètre, une balance et de la patience. Le record de la posidonie a demandé 18 000 marqueurs génétiques prélevés dans toute la baie ; les chiffres de la lentille d'eau viennent de plantes élevées en flacons de laboratoire, où Wolffia est aujourd'hui étudiée comme culture protéique possible. Certains extrêmes tiennent au déguisement plutôt qu'à la taille. Les plantes-cailloux, Lithops, de Namibie et d'Afrique du Sud, sont une paire de feuilles gonflées qui imitent les galets alentour, avec sur le dessus une fenêtre translucide qui laisse descendre la lumière jusqu'aux tissus photosynthétiques enfouis dans le sol ; William Burchell décrivit la première en 1811 après avoir ramassé ce qu'il croyait être une pierre de forme curieuse.

Le saviez-vous ? Le nénuphar géant Victoria amazonica déploie des feuilles de trois mètres de diamètre, nervurées dessous comme un treillis de pont, et Joseph Paxton, qui l'a fait fleurir le premier en Grande-Bretagne, affirmait que sa feuille lui avait inspiré le Crystal Palace de 1851.

Les extrêmes sont la manière qu'a le règne de montrer ce qu'un plan d'organisation peut faire. Libérée du besoin de bouger, une plante peut être un grain, un leurre à charognards d'un mètre, une prairie clonale plus vieille que les pyramides ou un arbre qui boit au fond d'une mine. Chaque record est une limite que l'évolution a trouvée, puis, quelque part, discrètement mise à l'épreuve.

Nommer les plantes

Toute plante dotée d'un nom scientifique le doit à un seul livre. Le 1er mai 1753, Carl von Linné publia Species Plantarum, deux volumes décrivant environ 5 900 espèces, et il y fit dans la marge ce qu'il tenait pour une commodité : à côté de chaque long nom descriptif, il inscrivit un seul mot, le « nom trivial ». Associé au genre, il donnait une étiquette de deux mots : Quercus robur, Zea mays, Rosa canina. Le binôme se révéla si pratique que les botanistes l'adoptèrent partout et fixèrent 1753 comme ligne de départ : aucun nom de plante publié avant cette date ne compte. Le système de Linné, qui classait les plantes en comptant étamines et pistils, fut abandonné en moins d'un siècle, mais ses noms sont restés.

Les règles sont aujourd'hui consignées dans le Code international de nomenclature pour les algues, les champignons et les plantes, révisé tous les six ans lors d'un Congrès international de botanique, le dernier à Madrid en 2024. Son principe central est la priorité : le premier nom valablement publié l'emporte. Son ancrage est le spécimen type, une planche d'herbier unique, choisie lors de la description d'une espèce, à laquelle le nom est lié pour toujours. L'herbier de Linné lui-même, acheté en 1784 par le jeune Anglais James Edward Smith et conservé dans une chambre forte de la Linnean Society à Londres, contient les types de milliers de plantes parmi les plus communes du monde.

Les noms disent à qui une plante est apparentée, et c'est pourquoi ils changent. Pendant deux siècles, les familles furent définies par la structure de la fleur ; depuis 1998, l'Angiosperm Phylogeny Group, un collectif international de botanistes, les redessine à partir de l'ADN. Son quatrième système, APG IV, en 2016, reconnaît 416 familles et 64 ordres de plantes à fleurs et a déplacé de vieilles connaissances : la famille des lis a perdu la plupart de ses membres, et celle des scrofulaires a été démembrée et dispersée. La plus rude bataille de nomenclature des dernières décennies a concerné Acacia. Quand l'ADN montra qu'il fallait scinder le genre, le congrès de Vienne de 2005 laissa aux quelque 1 000 mimosas d'Australie le nom, si bien que les acacias épineux d'Afrique devinrent Vachellia et Senegalia.

Les noms communs sont joyeux, locaux et souvent faux. La « mousse espagnole », Tillandsia usneoides, qui pend aux chênes de Louisiane, n'est ni espagnole ni une mousse, mais une broméliacée, cousine de l'ananas. Le sapin de Douglas, grand arbre à bois du Nord-Ouest Pacifique, n'est pas un sapin ; son nom, Pseudotsuga menziesii, signifie « fausse pruche » et honore Archibald Menzies, tandis que le nom commun honore David Douglas, qui envoya ses graines en Grande-Bretagne en 1827. Le topinambour est un tournesol d'Amérique du Nord.

Le saviez-vous ? Un nom scientifique doit être unique au sein du règne végétal, mais botanique et zoologie tiennent des listes séparées : Pieris est à la fois un arbuste et un papillon, et Morus à la fois un mûrier et un fou de Bassan.

Les noms sont l'index de tout le reste. Une banque de graines, un laboratoire pharmaceutique et un douanier ont tous besoin d'être sûrs que la plante du paquet est celle du registre, et le binôme, avec sa planche type et ses règles, est le fil qui rend cette certitude possible. La commodité marginale de Linné est devenue la seule chose sur laquelle tous les botanistes du monde s'accordent.

L'herbier

Un herbier est une bibliothèque dont les livres sont des plantes. Chaque spécimen est une plante, ou un fragment, pressé à plat, séché et collé ou cousu sur une feuille de papier rigide, avec une étiquette indiquant qui l'a récolté, où et quand. On attribue d'ordinaire l'idée à Luca Ghini, professeur de botanique à Bologne puis à Pise, qui apprit dans les années 1540 à ses étudiants à presser les plantes pour pouvoir les étudier hors saison. Sa propre collection est perdue, mais celles de son entourage subsistent : l'hortus siccus de Gherardo Cibo, commencé vers 1532, et les volumes d'Ulisse Aldrovandi à Bologne comptent parmi les plus anciens du monde.

Séchée, une plante dure presque indéfiniment. Le Muséum national d'histoire naturelle de Paris conserve environ 8 millions de planches, le plus grand herbier de la Terre ; les Royal Botanic Gardens de Kew, environ 7 millions ; New York, Saint-Pétersbourg, Genève, le Missouri et Leyde se comptent chacun en millions. L'Index Herbariorum, le registre mondial, recense quelque 3 500 collections totalisant près de 400 millions de spécimens. Il s'y cache des trésors. Cambridge garde les plantes que Charles Darwin récolta sur le Beagle, dont ses spécimens des Galápagos de 1835, que John Stevens Henslow l'avait supplié d'étiqueter île par île ; leurs différences d'une île à l'autre nourrirent plus tard sa réflexion.

Les planches les plus précieuses sont les types, les spécimens uniques auxquels les noms scientifiques sont arrimés. Quand un botaniste soupçonne une espèce nouvelle, sa première tâche est de vérifier les types, ce qui explique que les herbiers se prêtent des planches par milliers et que le Natural History Museum de Londres veille encore sur les 265 volumes reliés de Hans Sloane, datant des années 1690, fondement de sa collection.

Depuis les années 2000, les planches sont photographiées. Paris a numérisé toute sa collection entre 2008 et 2012, et des portails d'images rassemblent désormais des centaines de millions de fiches, si bien qu'un botaniste de Nairobi peut lire une étiquette rédigée à Lima en 1802. Les herbiers sont ainsi devenus des instruments pour mesurer le changement. En 1987, Ian Woodward compara les feuilles de huit espèces d'arbres tempérés récoltées sur 200 ans et constata que la densité de leurs stomates avait chuté de 40 % à mesure que le dioxyde de carbone atmosphérique montait. L'équipe de Richard Primack, dans le Massachusetts, a confronté les dates de floraison des vieilles planches aux carnets de Henry Thoreau à Concord et montré que le printemps arrive aujourd'hui des semaines plus tôt que dans les années 1850. Les planches disent où une plante poussait et ne pousse plus, quelles graines une expédition a rapportées et quels coléoptères ont percé ses feuilles.

Le saviez-vous ? Les spécimens récoltés par les élèves de Linné dans les années 1750, par Joseph Banks sur l'Endeavour en 1770 et par Alexander von Humboldt dans les Andes en 1802 peuvent encore livrer leur ADN.

Une plante pressée est un fait vérifiable. Les photographies pâlissent et les descriptions trompent, mais une planche datée et localisée par la main qui l'a récoltée est une preuve comme l'histoire en laisse rarement. L'herbier est l'endroit où la botanique garde ses reçus.

Combien y a-t-il de plantes ?

Personne ne sait combien il existe de sortes de plantes, mais les botanistes savent mieux l'admettre. Les Royal Botanic Gardens de Kew, qui tiennent la liste mondiale, recensent environ 350 000 espèces acceptées de plantes vasculaires une fois les synonymes élagués ; le chiffre approchait 391 000 dans leur estimation de 2016, et l'écart montre la part de comptabilité dans ce décompte. Ajoutez peut-être 20 000 mousses, hépatiques et anthocérotes. À ce total s'ajoutent environ 2 000 espèces nouvelles par an : pour la seule année 2019, 1 942 plantes ont été nommées, de nouvelles orchidées à un arbre des hauts plateaux du Cameroun.

La plupart ne sont nouvelles que pour la science. En 2010, une équipe menée par Daniel Bebber a étudié l'histoire des espèces récemment décrites et constaté qu'une plante attend typiquement des décennies dans une armoire d'herbier entre sa récolte et son baptême, et que plus de la moitié des espèces encore à décrire dorment peut-être déjà, pressées, sur une étagère. Les estimations du total réel dépendent donc du rythme auquel on ouvre les tiroirs. Lucas Joppa et ses collègues ont calculé en 2011 que 10 à 20 % des plantes à fleurs restent à décrire, ce qui porterait le bilan final au-delà de 400 000.

Les espèces ne sont pas réparties uniformément. En 2000, Norman Myers et ses collègues ont défini les points chauds de biodiversité : des régions comptant au moins 1 500 plantes endémiques et ayant perdu 70 % de leur habitat d'origine. Les 25 qu'ils ont listés, portés depuis à 36, abritent environ 44 % de toutes les espèces végétales sur 1,4 % des terres. La région floristique du Cap, à la pointe de l'Afrique, entasse quelque 9 000 espèces sur une surface comparable au Portugal, dont près de 70 % ne se trouvent nulle part ailleurs. Les quelque 11 000 plantes de Madagascar sont endémiques à plus de 80 %. La Colombie domine le monde pour les orchidées, avec plus de 4 000. L'Amazonie raconte la même histoire avec ses arbres : en 2013, Hans ter Steege et plus d'une centaine de coauteurs ont réuni les données de 1 170 parcelles forestières et estimé que le bassin abrite environ 16 000 espèces d'arbres, dont 227 « hyperdominantes » constituent à elles seules la moitié de ses 390 milliards d'arbres, tandis que des milliers d'espèces rares comptent peut-être chacune moins d'un millier d'individus.

Cette rareté est le cœur du sujet. Une espèce confinée à une seule montagne d'Équateur peut être décrite et déclarée éteinte dans la même décennie. L'édition 2020 du bilan de Kew estimait que deux espèces végétales sur cinq sont menacées, et beaucoup disparaîtront entre la récolte et la description, connues par une seule planche.

Le saviez-vous ? La Grande-Bretagne, l'un des lieux les plus intensément herborisés de la Terre, compte environ 1 500 espèces de plantes indigènes ; la Colombie, à peu près cinq fois plus vaste, en compte plus de 25 000.

Compter les plantes n'est pas un passe-temps. Le chiffre fixe l'échelle de ce qui se joue dans les forêts et les champs, dit aux défenseurs de la nature où un hectare protège le plus, et rappelle au reste d'entre nous que le monde vert est encore largement illisible. Le catalogue du règne est ouvert, et la plupart de ses pages sont blanches.

Plantes, champignons et algues

Pendant l'essentiel de l'histoire, le vivant avait deux côtés : ce qui bouge et ce qui ne bouge pas. Champignons, algues marines et plantes tombaient ensemble du côté immobile. La séparation a pris un siècle. Ernst Haeckel ajouta un troisième règne, les Protistes, pour les microbes en 1866 ; en 1969, l'écologue américain Robert Whittaker proposa cinq règnes, donnant aux champignons un règne à eux au motif qu'ils se nourrissent par absorption, les animaux par ingestion et les plantes par photosynthèse. Une génération l'apprit ; puis l'ADN rebattit les cartes.

La surprise vint dans les années 1990, quand la comparaison des gènes ribosomiques et protéiques montra que les champignons sont plus proches des animaux que l'un ou l'autre ne l'est des plantes. Les deux partagent un ancêtre qui nageait avec un seul flagelle arrière, d'où le nom du groupe, les Opisthocontes, « à queue en arrière ». Les champignons bâtissent leur paroi en chitine, la matière de la cuticule des insectes, stockent l'énergie sous forme de glycogène comme nous, et n'ont ni cellulose, ni chloroplastes, ni amidon. Un champignon, en somme, est un parent à nous qui a renoncé à bouger. Il existe peut-être 2 à 4 millions d'espèces de champignons, dont environ 150 000 portent un nom.

« Algues » n'est pas un groupe mais une habitude. Le mot couvre tout ce qui photosynthétise dans l'eau sans être une plante terrestre, et cela traverse plusieurs branches de l'arbre. Les cyanobactéries sont des bactéries. Les algues rouges et vertes sont de vrais Archéplastides, parentes des plantes. Les algues brunes sont des straménopiles, cousines des diatomées et du mildiou de la pomme de terre ; le kelp géant Macrocystis pyrifera des côtes de Californie et de Tasmanie atteint 45 mètres et pousse jusqu'à un demi-mètre par jour, et il n'est pas plus une plante qu'un oursin. Diatomées, dinoflagellés et euglènes ont chacun obtenu leurs chloroplastes de seconde main, auprès d'algues englouties. Ensemble, ces groupes assurent à peu près la moitié de la photosynthèse de la planète.

C'est parmi les algues vertes que se trouve l'ascendance du règne végétal. Les charophytes, algues d'eau douce comme les characées, Chara, et les filaments délicats de Spirogyra et de ses proches, sont les plus proches parentes vivantes des plantes terrestres ; des comparaisons de génomes publiées en 2014 et 2018 désignent les Zygnematophycées, le groupe de Spirogyra, comme lignée sœur, un résultat qui a surpris les botanistes, qui attendaient les characées, plus complexes. Une écume de mare, en somme, est notre meilleur modèle de ce qui a rampé sur la terre ferme il y a quelque 470 millions d'années.

Champignons et algues se rencontrent dans le lichen. Simon Schwendener proposa en 1867 qu'un lichen était un champignon cultivant une algue, idée que ses contemporains trouvèrent déplaisante ; elle est aujourd'hui dans les manuels, et en 2016 Toby Spribille montra que beaucoup de lichens hébergent aussi un second champignon, une levure, dans leur couche externe. Environ 20 000 espèces de lichens encroûtent les rochers de l'Antarctique à l'Atacama.

Le saviez-vous ? Le plus grand organisme connu est un champignon : un seul Armillaria ostoyae de la forêt nationale de Malheur, en Oregon, s'étend sous près de 10 kilomètres carrés de bois.

La leçon est que la couleur verte et l'immobilité ne sont pas des signes de parenté. Une plante se définit par sa lignée, et l'étal du primeur, avec ses champignons et son nori, est la réunion de trois règnes qui ont partagé une cellule pour la dernière fois il y a plus d'un milliard d'années.

Comment une plante perçoit le monde

Une plante n'a ni yeux, ni oreilles, ni nerfs, et pourtant elle sait où est le haut, d'où vient la lumière, quelle heure il est et quand on la touche. En 1880, Charles Darwin et son fils Francis publièrent La Faculté motrice dans les plantes, le compte rendu d'années d'expériences patientes avec des plantules et de petits capuchons de papier. Couvrir la pointe d'une plantule d'alpiste l'empêchait de se courber vers la fenêtre ; couvrir le bas de la tige ne changeait rien. La pointe, conclurent-ils, voyait la lumière et envoyait un message vers le bas. En 1926, Frits Went attrapa le messager dans un bloc d'agar et le nomma auxine. Le phototropisme se révéla être de la chimie : la lumière venue d'un côté déplace l'auxine vers le côté ombragé, qui croît plus vite, et la pousse se courbe.

La gravité se perçoit par le poids. Dans la coiffe de la racine, des cellules spéciales contiennent de denses grains d'amidon, les statolithes, qui se déposent au fond comme du sable dans un bocal incliné ; les cellules lisent leur position et redirigent l'auxine, si bien qu'une racine couchée se redresse vers le bas en quelques heures. Gottlieb Haberlandt et Bohumil Němec proposèrent l'idée indépendamment en 1900, et des expériences en orbite l'ont confirmée. Le temps est tenu par une horloge interne. En 1729, l'astronome français Jean-Jacques d'Ortous de Mairan enferma une sensitive, Mimosa pudica, dans un placard obscur et constata que ses feuilles se repliaient encore la nuit et s'ouvraient le jour : la première preuve d'un rythme circadien chez un organisme quelconque.

Le toucher peut être rapide. Effleurez un Mimosa et ses folioles se replient en une seconde, tandis que l'eau quitte les cellules charnières à la base de la feuille. La dionée attrape-mouche, Dionaea muscipula, de quelques tourbières des Carolines, se referme en un dixième de seconde environ, mais seulement si deux poils déclencheurs sont touchés en une vingtaine de secondes ; elle compte, à l'aide d'impulsions électriques que John Burdon-Sanderson enregistra en 1873, à la demande de Darwin, et trouva très semblables à celles d'un nerf. Les plantes sentent aussi : la cuscute parasite, Cuscuta, pousse vers l'odeur d'une tomate, et une armoise blessée prévient ses voisines par des composés volatils. Le phytochrome, pigment qui mesure la lumière rouge, fait aussi office de thermomètre, une découverte de 2016. Les tournesols adultes ne suivent pas le Soleil ; seules les jeunes plantes basculent d'est en ouest, et une fois en fleur, elles regardent l'est pour de bon.

Le saviez-vous ? Les clics ultrasonores enregistrés en 2023 sur des plants de tomate assoiffés, présentés comme des plantes qui « crient », sont très probablement l'éclatement de bulles d'air dans des tiges privées d'eau ; personne ne les écoute, et aucune plante ne souffre.

Savoir si tout cela relève de l'intelligence reste un débat vif. En 2006, un groupe de chercheurs proposa une « neurobiologie végétale » ; l'année suivante, 36 collègues répondirent, sous le titre « no brain, no gain », que les plantes ont des signaux mais ni neurones, ni synapses, ni cerveau, et que la métaphore égare. La plupart des botanistes se rangent du côté des sceptiques tout en concédant le point aux plantes : un organisme enraciné qui intègre lumière, gravité, toucher, odeurs, chaleur et temps sans système nerveux a résolu à sa manière le problème de connaître le monde. La sensitive sentait venir le jour bien avant que quiconque ne la sente capable de le faire.