Une nouvelle étude montre que les arbres tropicaux géants acheminent efficacement l’eau jusqu’à leurs branches les plus hautes

 (news.exeter.ac.uk)
1 points par GN⁺ 5 시간 전 | 1 commentaires | Partager sur WhatsApp
  • Une étude menée par l’University of Exeter et Cardiff University, publiée dans Science, estime que les Dipterocarpes, parmi les plus grands arbres tropicaux du monde, transportent l’eau jusqu’à leurs branches les plus hautes en ajustant leur structure interne de transport
  • Les théories existantes considéraient que plus un arbre grandit, plus la charge liée au transport de l’eau augmente, ce qui accroît les limites de croissance et la vulnérabilité à la sécheresse, mais cette étude montre que cette charge est « entièrement compensée »
  • L’examen de Dipterocarpes de 7 à 71 m de haut en Bornéo malaisien a montré que, chez les grands arbres, les caractéristiques des conduits de transport de l’eau et des feuilles variaient en fonction de la hauteur
  • Les chercheurs ont également mesuré les taux de croissance des troncs avant, pendant et après la forte sécheresse El Niño de 2023–2024, sans trouver de preuve que les grands arbres soient plus vulnérables que les petits Dipterocarpes
  • Comme les 1 % d’arbres les plus grands stockent plus de la moitié du carbone aérien des forêts, certains modèles d’impact du changement climatique fondés sur l’hypothèse d’un système hydraulique faible chez les grands arbres pourraient devoir être réexaminés

Une remise en cause de l’hypothèse selon laquelle la hauteur limite le transport de l’eau

  • Une nouvelle étude estime que les plus grands arbres tropicaux du monde n’ont pas de difficulté majeure à faire monter l’eau jusqu’à leurs branches les plus hautes
  • Les théories existantes prévoyaient qu’à mesure qu’un arbre grandit, le transport de l’eau des racines vers les feuilles devient plus difficile, entraînant davantage de limitations de croissance et de vulnérabilité à la sécheresse
  • L’analyse montre que les Dipterocarpes géants compensent entièrement les contraintes liées à la hauteur en ajustant leur structure interne de transport de l’eau
  • La seule hauteur de l’arbre ne rend pas son système de transport de l’eau plus vulnérable à la sécheresse que celui des petits arbres, et aucune perte de croissance liée à la hauteur n’a été observée pendant une sécheresse sévère

Structure de transport de l’eau et adaptation des Dipterocarpes

  • Les espèces de Dipterocarpes sont les plus grands arbres à fleurs du monde et dominent les forêts tropicales d’Asie
  • Les arbres transportent l’eau au moyen de nombreux conduits fins et creux, et créent une basse pression au sommet pour tirer l’eau vers le haut
  • Ces conduits sont adaptés pour maintenir l’eau à l’état liquide même sous les pressions extrêmement basses nécessaires pour l’acheminer jusqu’à la cime d’arbres de plus de 80 m
  • Le système hydraulique des Dipterocarpes très hauts a évolué en fonction de la hauteur des arbres, et ne semble pas subir davantage de dommages que celui de Dipterocarpes plus petits soumis aux mêmes conditions de sécheresse

Mesures de terrain en Bornéo malaisien

  • Les chercheurs ont étudié en Bornéo malaisien des Dipterocarpes dont la hauteur allait de 7 à 71 m
  • Ils ont mesuré différents traits à plusieurs endroits de chaque arbre afin de déterminer comment les grands arbres compensent leur hauteur
    • Les conduits de transport de l’eau proches du sol deviennent plus larges
    • Les feuilles s’adaptent pour supporter un stress hydrique plus important avant de flétrir
  • Ils ont aussi mesuré les taux de croissance des troncs avant, pendant et après la forte sécheresse El Niño de 2023–2024

Effets sur le stockage du carbone et les modèles de changement climatique

  • Les 1 % d’arbres les plus grands stockent plus de la moitié du carbone aérien des forêts
  • Certaines prédictions existantes considèrent que le système hydraulique des grands arbres est faible, ce qui les exposerait à un risque plus élevé de mourir en cas de sécheresse
  • Cette hypothèse est intégrée à certains modèles d’impact du changement climatique
  • Ces résultats montrent qu’elle pourrait être incorrecte et qu’il faut poursuivre les recherches sur le système hydraulique et la résilience à la sécheresse d’autres grands arbres

Participation à l’étude et informations sur l’article

  • Le coauteur Palasiah Jotan explique que les Dipterocarpes dominent les forêts tropicales de Bornéo malaisien et sont au cœur de l’écologie locale et de la biodiversité
  • Il espère que le constat selon lequel même les plus grands Dipterocarpes sont hydrauliquement résilients face à la sécheresse renforcera les arguments en faveur de la protection de ces forêts dans un climat en mutation
  • L’équipe de recherche comprend le Sabah Forestry Department, le UK Centre for Ecology & Hydrology, l’University of Aberdeen, ainsi que des institutions de République tchèque, d’Allemagne, d’Espagne, du Brésil et des États-Unis
  • L’étude a été soutenue par le Natural Environment Research Council
  • L’article s’intitule “Height does not impair the hydraulic system of the tallest tropical Dipterocarp trees.”

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1 commentaires

 
GN⁺ 5 시간 전
Commentaires sur Hacker News

  • Cette phrase semble beaucoup minimiser le phénomène. Ici, la très basse pression correspond en réalité à une pression négative de l’ordre de quelques bars, et la difficulté essentielle pour maintenir l’eau à l’état liquide est d’éviter la cavitation.
    J’ai découvert la physique des arbres au concours d’entrée de l’École Polytechnique, et elle m’est restée en tête depuis : http://alainrobichon.free.fr/Concours/X_PC_PH1_01.pdf
    À ma connaissance, 25 ans plus tard, les étudiants travaillent encore ce chef-d’œuvre comme exercice.

    • Je suis moi aussi passé par les concours, mais je suis bien rouillé ; si possible, j’aimerais aussi voir la correction. Cette vidéo de Veritasium sur le sujet vaut aussi le détour : https://youtu.be/BickMFHAZR0

  • Je cultive parfois du cannabis et des piments, et en m’y habituant, j’ai compris que les plantes sont bien plus flexibles qu’on ne l’imagine. Du coup, cet article ne me surprend pas vraiment.
    Les plantes finissent par faire ce qu’il faut. Il m’est même arrivé d’apporter beaucoup de CO2 ou d’augmenter les nutriments au point de faire apparaître tout un nouvel écosystème d’insectes et de nouvelles situations.
    C’est tellement fascinant que, franchement, j’aimerais mener ce genre de vie. Je suis informaticien, mais la science des plantes me manque désormais.
    Si le sujet vous intéresse, je recommande fortement les stratégies de défoliation et les méthodes de palissage à faible stress. Les plantes ne sont pas des organismes stupides, les résultats qu’on peut obtenir sont étonnants, et la science de leur nature devient chaque jour plus profonde.

    • J’étudie à temps partiel une licence d’horticulture dans une université à distance ; si ce qui vous intéresse davantage, c’est de faire pousser des plantes, l’horticulture vous conviendrait probablement mieux que la botanique. Si vous voulez surtout comprendre comment les plantes fonctionnent, la botanique est préférable, mais un cursus d’horticulture comprend évidemment aussi beaucoup de botanique.
    • En voyant une bonne partie du logiciel se faire grignoter, je m’intéresse de plus en plus à la biologie. Cela ressemble à l’une des dernières frontières où il reste possible de générer de gros gains, et l’IA semble aussi très bien adaptée à la compréhension de la biologie.
    • Il semble aussi exister un domaine appelé botanique computationnelle, qui consiste à modéliser des plantes virtuelles.
    • La biologie computationnelle mérite aussi d’être envisagée. C’est un domaine qui cherche toujours du monde, et Knuth disait déjà autrefois qu’en biologie, il restait énormément de problèmes ouverts et utiles à résoudre.
    • En voyant que les feuilles des arbres géants ne sont pas desséchées, tout le monde devrait trouver cela peu surprenant.

  • En réalité, cela contredit les recherches et mesures existantes sur les grands arbres. L’article semble ne considérer que des arbres allant jusqu’à environ 80 m, et il y a aussi le fait qu’il existe exactement 0 arbre de plus de 130 m dans le monde [1].
    Les larges capillaires à la base évoqués dans l’article ne semblent pas pertinents.
    [1] https://www.sfgate.com/science/article/REDWOODS-How-tall-can...

    • Intuitivement, ça ne tient pas vraiment debout non plus. Où verrait-on des arbres de 500 m dans les forêts tropicales ? Cela dit, ce pourrait être un excellent objectif pour la biologie moléculaire et le génie génétique.
      Avant de commencer l’édition de la lignée germinale humaine, notre civilisation doit devenir bien plus compétente avec ce genre de techniques, et, au bout du compte, nous finirons probablement un jour par vouloir modifier la lignée germinale humaine. Pour l’instant, nous faisons preuve d’une grande retenue, mais difficile de savoir combien de temps cela durera. En tout cas, un arbre de 1 000 m serait vraiment extraordinaire.
    • Les deux pourraient être vrais, non ? Le transport de l’eau pourrait ne pas être le facteur limitant ; la limite pourrait venir d’autre chose.

  • Kurzgesagt a deux vidéos sur les arbres et ce genre de questions.
    https://m.youtube.com/watch?v=ZSch_NgZpQs
    https://m.youtube.com/watch?v=pHJIhxZEoxg

  • Je ne m’attendrais pas à ce qu’il y ait un problème dès le départ. Cela ne ressemble à un problème que si l’on imagine naïvement qu’il existe, dans l’arbre, un tube ouvert continu du haut jusqu’en bas.
    Une chaîne de seaux fonctionne de la même manière, qu’elle monte 10 étages ou 100. Un système qui ouvre et ferme des vannes aussi.
    Pomper de l’eau depuis le seau d’un étage vers le seau de l’étage suivant est facile, et il suffit de répéter l’opération à l’étage suivant. Comme il n’y a pas de colonne d’eau continue, la pression des nombreux étages supérieurs n’a pas d’effet.

  • Le plus grand arbre jamais enregistré a été rejeté, entre autres parce qu’il dépassait la limite théorique : https://en.wikipedia.org/wiki/Nooksack_Giant
    Il est dommage qu’on ait abattu cet arbre, comme presque tous les immenses Douglas-fir.

    • La barbarie humaine n’a rien de nouveau.
      Le panneau indiquait que l’arbre de Nooksack avait produit 96 345 board feet de bois de « qualité supérieure ».
      Le New York Times, dans son édition du 7 mars 1897, le qualifiait de « plus majestueux sapin jamais vu par l’œil humain » et décrivait sa destruction comme une « histoire vraiment pitoyable » et un « crime ».
      Le 28 février 1897, The Morning Times affirmait que, si l’on débitait ce bois en bandes d’un pouce de large, il s’étendrait « de Whatcom jusqu’à la Chine ».
    • Il existe une théorie selon laquelle la mousse des arbres de forêt pluviale tempérée permettrait aux arbres de puiser de l’eau non pas depuis le sol, mais depuis leurs branches, augmentant ainsi leur hauteur maximale.
      Pendant un temps, des gens braconnaient cette mousse pour cet usage, ce qui pose problème, car elle ne pousse que de quelques pouces par an.
    • Il y a quelques semaines, je suis allé voir ce bel arbre [1]. Il ne fait pas 400 ft, mais il dépasse la moitié de cette hauteur, et sa base a plus de 13 ft de circonférence.
      Nous avons de la chance qu’il reste encore quelques grands Douglas Fir, Sitka Spruce et Western Red Cedar sur l’île de Vancouver.
      [1]: https://en.wikipedia.org/wiki/Big_Lonely_Doug

  • « Les arbres géants n’ont aucun problème à pomper l’eau jusqu’aux branches du sommet », dit-on, mais c’est peut-être parce qu’en réalité, ils ne pompent pas vraiment l’eau au départ

    • Alors, comment faut-il appeler ça ?

  • À l’inverse, beaucoup d’arbres géants tirent de l’eau de l’air grâce au brouillard
    La condensation du brouillard côtier représente une part importante des besoins en eau de l’arbre[23]
    https://en.wikipedia.org/wiki/Sequoia_sempervirens#Fog_and_f...
    https://en.wikipedia.org/wiki/Sequoia_sempervirens

    • De la même manière, je trouve toujours étonnant que tous les arbres soient faits d’air, ou plus précisément du carbone qu’il contient. Autrefois, je pensais que la biomasse venait du sol, mais la réalité est plus intéressante
    • Les Sequoia restent limités en hauteur par la gravité, très probablement à cause de la pression capillaire [1]
      S’ils avaient évolué vers une structure segmentée, ils auraient sans doute pu pousser plus haut
      [1] https://www.sfgate.com/science/article/REDWOODS-How-tall-can...
    • Il existe aussi une théorie selon laquelle les mousses de ces arbres ne seraient pas de simples épiphytes, mais relèveraient du mutualisme. L’idée est que la mousse retient l’humidité, et que l’arbre peut accéder à cette humidité

  • Tout le monde continue de sous-estimer l’eau structurée
    J’admets que c’est controversé et que cela n’a été reproduit que par quelques laboratoires en dehors de celui de Gerald Pollack à l’University of Washington, mais il existe des éléments solides suggérant que cela pourrait jouer un rôle dans le transport de l’eau et de la sève jusqu’à la cime des arbres. Au minimum, cela intervient dans le mouvement induit dans des tubes hydrophiles lorsqu’il y a suffisamment d’énergie radiative ambiante, c’est-à-dire des UV/IR
    Articles liés :
    “Exclusion-zone water inside and outside of plant xylem vessels.” 2024 Scientific Reports. https://www.nature.com/articles/s41598-024-62983-3
    “Surface-induced flow: a natural microscopic engine using infrared energy as fuel.” 202 Science Advances. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aba0941
    “Long-range forces extending from polymer-gel surfaces.” 2003 Phys. Rev. E. https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevE.68.031408
    Site de Pollack : https://www.pollacklab.org/
    Critiques de la théorie de Pollack :
    Schurr, J.M. (2013). Phenomena associated with gel–water interfaces: analyses and alternatives to the long-range ordered water hypothesis. J. Phys. Chem. B, 117(25), 7653–7674. https://doi.org/10.1021/jp302589y
    Elton, D.C., Spencer, P.D., Riches, J.D. & Williams, E.D. (2020). Exclusion zone phenomena in water — a critical review of experimental findings and theories. Int. J. Mol. Sci., 21(14), 5041. https://doi.org/10.3390/ijms21145041
    Elton, D.C. & Spencer, P.D. (2021). Pathological water science — four examples and what they have in common. In Water in Biomechanical and Related Systems (Biologically-Inspired Systems, vol. 17), pp. 155–170. Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-030-67227-0_8 (preprint : https://arxiv.org/abs/2010.07287)

    • Je regrette de ne pas l’avoir sauvegardé, mais il y avait il y a très longtemps un fil vraiment hilarant sur Usenet sci.physics. Il portait sur l’idée que, dès que suffisamment de preuves contraires se sont accumulées contre quelque chose, ou que cela va à l’encontre d’un consensus accepté, il devient interdit de poursuivre les recherches et aucune nouvelle preuve n’est admise
      Le fil demandait de lister ce genre de sujets, et la liste a fini par atteindre plusieurs centaines d’entrées. Il y avait des éléments bien plus absurdes encore, mais les gens voyaient leur mot déclencheur et n’arrivaient pas à contenir leur colère
      On peut mettre ça dans la catégorie homéopathie

  • Je ne comprends pas pourquoi on pense qu’un arbre ne peut pas faire monter l’eau au-delà d’une certaine limite. Tout ce qu’il faut, c’est un système de valves, et les plantes en ont déjà pour d’autres usages. Dire qu’un arbre est limité par une sorte d’aspiration littérale de l’eau n’a pas de sens. Si c’était le cas, la plupart des arbres seraient déjà bloqués à des hauteurs qu’ils dépassent facilement
    J’ai plutôt l’impression que les arbres ne poussent simplement plus aussi haut aujourd’hui. Même des arbres courants comme les épicéas semblent pouvoir atteindre 100 m, mais ils n’y arrivent généralement pas
    Une possibilité serait l’épuisement des nutriments. Mais, personnellement, je pense que la cause est l’absence d’éléphants. Les éléphants abîmaient continuellement les jeunes arbres, et seuls quelques individus chanceux qui survivaient pouvaient devenir gigantesques. Peut-être même que les redwoods ont été façonnés par les peuples autochtones, qui éliminaient les jeunes arbres et laissaient les plus anciens

    • « Tout ce qu’il faut, c’est un système de valves » fonctionnerait sans doute, mais ce ne semble pas être le mécanisme réel. D’après cette vidéo de Veritasium, c’est dû à une pression négative, autrement dit à la tension
      https://www.youtube.com/watch?v=BickMFHAZR0
      Je la recommande. Je pense que c’est l’une des meilleures vidéos Veritasium réalisées par Derek
    • La concentration de CO2 de 250 ppm dans l’atmosphère avant le début de la révolution industrielle n’était-elle pas un minimum historique à l’échelle des temps géologiques ?
      Les forêts hautes anciennes plus récentes ont bien résisté même sur une Terre plus froide, donc ce n’est peut-être pas particulièrement pertinent
      Cela dit, il est facile d’imaginer qu’une Terre plus chaude, plus humide et avec une concentration de CO2 atmosphérique plus élevée ait été plus favorable à la croissance d’arbres plus hauts
      D’un autre côté, ce n’est pas mon domaine, donc il se peut que je ne sache pas vraiment de quoi je parle