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Evolution des formes végétales et de leurs fonctions; systématique, floristique
(ACR)
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Nos recherches font appel à des compétences en botanique, paléobotanique, biomécanique, écologie, Afficher la suite
Nos recherches font appel à des compétences en botanique, paléobotanique, biomécanique, écologie, systématique et floristique. Elles s'appuient sur :
- des outils traditionnels ; par ex. les collections de l'Université de Montpellier régulièrement enrichies et contenant de nombreux types ;
- l'analyse d'images et la morphométrie ;
- le recours croissant aux outils mathématiques et à la modélisation (modélisation de la géométrie et des propriétés biomécaniques des plantes actuelles et fossiles) ;
- le développement de techniques nouvelles en biomécanique liées à l'acquisition d'un testeur haute performance (Instron) ;
- le développement de techniques nouvelles d'identification assistée par ordinateur appliquées à la taxonomie.
o Évolution morphologique
Ce thème regroupe les recherches menées principalement sur l'évolution des morphologies au cours du temps dans deux groupes de plantes (les fougères s.l. et les plantes à graines) issus d'un ancêtre commun mais qui ont sensiblement divergé dans leurs stratégies végétatives et reproductrices. Ces recherches ont pour objectif l'identification des innovations qui les caractérisent, l'analyse des modalités de leur diversification et la mise en évidence des stratégies développementales qui ont permis leurs performances parallèles durant plus de 150 millions d'années.

L'étude de l'évolution des morphologies est déclinée par groupe systématique, dans 2 sous-thèmes dédiés respectivement aux fougères et aux plantes à graines (spermatophytes). Deux sous-thèmes transversaux complètent l'analyse. L'un est relatif à l'arborescence, l'autre aux taxons des paléocontinents chinois et gondwanien, encore peu explorés pour leurs plantes fossiles et susceptibles de livrer des morphologies inédites du fait de leur position paléogéographique. Ce dernier sous-thème peut alternativement se placer dans le thème "Systématique, taxonomie, floristique".

o Biomécanique, évolution, écologie
Taille, forme et propriétés mécaniques des plantes sont intégrées dans le concept de "forme de croissance" qui introduit une dimension écologique à la description des organismes et précise leur rôle dans les écosystèmes. Arbres, arbustes, formes semi-autoportantes et lianes sont caractérisés par une trajectoire biomécanique spécifique au cours de leur développement. Des variations dans la forme et la taille des organismes se répercutent sur leurs propriétés mécaniques et réciproquement. Les ajustements se font au niveau structurel et mettent en jeu la distribution et les propriétés fonctionnelles des tissus dans les axes. Nos études révèlent la diversité des formes de croissance dans les groupes systématiques étudiés et mettent en évidence les stratégies spécifiques pour leur réalisation. Elles précisent le rôle des tissus secondaires et plus particulièrement celui du bois dans la réalisation des formes au cours de l'évolution végétale. Elles identifient les stratégies alternatives pour les taxons dépourvus de tels tissus.

L'aptitude de taxons "généralistes" à répondre rapidement à des changements environnementaux résulte de leur plasticité phénotypique. La capacité de ces taxons à moduler leur croissance en fonction des facteurs du milieu est un paramètre clé de leur succès. Les modalités de ces ajustements et des modifications morphologiques qui en résultent sont étudiées expérimentalement à partir de plantes stressées mécaniquement.

A l'opposé, les plantes carnivores à urnes regroupent des taxons qui ont développé des morphologies spécialisées dans la capture des insectes indispensables à leur nutrition azotée. La morphologie des urnes et les caractéristiques physico-chimiques qui leur permettent d'attirer et de piéger les insectes sont analysées, en conditions naturelles et en culture, à travers un large éventail d'espèces du genre Nepenthes. Les approches utilisées combinent la biomécanique, l'écologie physico-chimique et l'écologie comportementale.

o Systématique, taxonomie, floristique
Ce thème comprend (i) un volet "fossile" en liaison avec le thème "Évolution morphologique" dont il constitue un prolongement logique (cf ci-dessus) et (ii) un volet "actuel". Ce dernier est géré d'une part par les chercheurs de l'Université Montpellier II qui ont en charge la responsabilité de l'Herbier de l'Institut de Botanique, et d'autre part, par des chercheurs du Cirad qui développent un outil d'IDentification des plantes Assistée par Ordinateur (IDAO) unique dans son genre.

En plus d'une activité de systématique "classique", les chercheurs travaillant à l'Herbier répondent depuis 2004 à des appels d'offre internationaux concernant l'identification des ressources disponibles dans les collections des grands instituts de recherche et leur restitution au public par le biais des Nouvelles Technologies de l'Information et de la Communication.

L'outil d'IDAO développé permet à des non spécialistes comme à des botanistes chevronnés d'identifier simplement des espèces grâce à un questionnement multicritères et à des portraits-robots constitués de dessins réalistes. Cet outil a fait l'objet d'une présentation à une réunion préparatoire du Sommet Mondial du Développement Durable de Johannesburg (2002) et a reçu l'agrément du bureau de l'Initiative Taxonomique Globale (GTI). Il a déjà été utilisé dans 3 régions du monde et se développe actuellement dans différents pays d'Asie (Inde, Laos, Cambodge). Les projets de l'équipe dans ce domaine se trouvent à l'interface entre botanique, informatique et écologie. Couplés avec des bases de données appropriées ils sont très largement valorisables en termes d'expertise botanique et de "capacity building", incluant formation et enseignement classiques autant que e-learning, auprès de nos pays et organismes partenaires.
Résultats publiés
- Découverte, dans le Dévonien moyen de Belgique (385 millions d'années) du plus proche parent des plantes à graines, un proto-ovule présentant le premier dispositif de pollinisation anémophile connu.
Gerrienne P., Meyer-Berthaud B., Fairon-Demaret M., Streel M., Steemans P., 2004.
- Entre l'épiphytisme et l'arborescence : diversité architecturale des premières fougères (-370 à -300 millions d'années) à partir de la reconstruction de 3 genres et 6 espèces nouvelles.
Galtier J., 2004. Hueber F. M., Galtier J., 2002. Rößler R., Galtier J., 2003. Soria A., Meyer-Berthaud B., 2004.

- Biomécanique de la "non autoportance" : diversité des stratégies dans la réalisation des formes lianescentes et semi-autoportantes.
Isnard S., Speck T., Rowe N., 2005. Lahaye R., Civeyrel L., Speck T., Rowe N., 2005. Rowe N., Isnard S., Speck T., 2004.

- Mise en évidence des couplages structure-fonction dans les interactions insectes-plantes à urnes (surfaces cireuses glissantes des plantes, propriétés d'adhérence des systèmes d'attachement des insectes).
Gaume L., Gorb S., Rowe N., 2002. Ces résultats ont fait l'objet d'un commentaire dans Nature (Surriage C., 2002. On the Slide. Nature 420:753). Gorb E., Kastner V., Peressadko A., Arzt E., Gaume L., Rowe N., Gorb S., 2004.

Numérisation des données botaniques, IDAO
- Un projet API (African Plant Initiative) financé par la fondation Mellon . Objet : digitalisation des types de plantes d'Afrique du Nord conservés à l'Herbier de Montpellier. Au 15/10/2005: digitalisation et enregistrement de 3635 types de l'Herbier Maire dans la base de donnée SONNERAT du MNHN ; 4085 échantillons scannés au total.
- 3 projets Asia@-ITC et 1 projet Asia-Invest, financés par la commission européenne. Objet : réalisation d'outils d'IDAO (bases de données et logiciels). Au 15/10/2005 : création d'une base de données couvrant plus de 200 espèces de mauvaises herbes de la plaine Indo-Gangétique et d'arbres des forêts denses humides du Laos (5000 images) ; réalisation en cours des logiciels ; constitution de 172 exemplaires d'herbiers des forêts des monts Annamites (Laos) destinés aux collections des grands herbiers européens et asiatiques (Nationaal Herbarium Nederland - Pays Bas, Kew - Grande-Bretagne, Muséum National d'Histoire Naturelle - Paris, Institut Français de Pondichéry - Inde, Université Nationale du Laos, Herbier de l'Institut de Botanique - Montpellier).


Organisation de colloques & symposia
- B. Meyer-Berthaud et N. Rowe, organisateurs du colloque "A life of ferns and seed ferns" (Montpellier, avril 2006) ;
- J. Galtier, co-organisateur du colloque "Permian and Triassic playas" (Montpellier, 2005) ;
- N. Rowe, co-organisateur des symposia "Functional aspects of plant evolution" (Botanikertagung, Freiburg, 2002), "Ecology and Biomechanics" (SEB Meeting, Edinburgh 2004), "Form and function and evolution of vines and climbers: so what's so different about climbing plants?" (IBC, Vienna 2005) ;
- B. Meyer-Berthaud, co-organisateur du colloque "Les végétaux fossiles, patrimoine témoin de l'histoire de la vie" (Nantes, 2003).

Les thématiques s'organisent autour de l'analyse de la diversité et de l'évolution des végétaux. Ses spécificités concernent (i) la prise en compte de la dimension évolutive dans l'étude des formes et des structures végétales, de leurs fonctionnalités, et de leur distribution géographique, (ii) la conduite d'analyses à des échelles fines (tissus, cellules) en utilisant des marqueurs anatomiques, morphologiques et fonctionnels, et (iii) l'utilisation des Nouvelles Technologies de l'Information et de la Communication pour identifier et caractériser les végétaux. Cette équipe a pour objectifs :
- la recherche des innovations morphologiques et architecturales qui contribuent à la radiation des grands groupes de plantes ;
- l'élaboration de scénarios de diversification des formes chez des groupes choisis pour leur importance évolutive, écologique ou socio-économique. Pour chaque forme, sont évalués et comparés les moyens mis en oeuvre pour la croissance et la réalisation dse fonctions vitales (par ex. le support, la conduction, la nutrition (carnivorie), la pollinisation)
- l'étude des relations phylogénétiques entre taxons, fossiles et/ou actuels, et leur classification ;
- l'étude des modalités de la distribution actuelle et passée des espèces et des flores ;
- le développement de méthodes d'identification des végétaux assistée par ordinateur.

Ces objectifs se déclinent en 3 thèmes complémentaires: (i) Évolution morphologique, (ii) Biomécanique, évolution, écologie, (iii) Systématique, taxonomie, floristique, qui montrent de nombreuses interactions.
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