La mousse du désert et les champignons mycorhiziens arbusculaires (AMF) : une alliance cachée

La mousse semble vivre avec presque rien. Elle s’installe sur la roche nue, supporte une dessiccation quasi totale et, quelques minutes après une averse, repart comme si de rien n’était.

Chez l’immense majorité des plantes terrestres, une alliance souterraine avec des champignons est la norme : les plantes fournissent des sucres, et les champignons apportent des nutriments autrement inaccessibles. Les mousses, elles, ont longtemps été considérées comme l’exception à cette règle.

De nouveaux travaux menés dans des paysages désertiques de Californie remettent en cause cette idée.

Des scientifiques ont mis au jour des indices d’une relation jusqu’ici non décrite, qui se formerait à l’intérieur même des tissus de mousses du désert.

Au microscope, leurs observations évoquent un lien potentiellement plus ancien que presque tout ce que l’on sait de la vie végétale sur la terre ferme.

Plonger dans l’intérieur des plantes du désert

Kian Kelly, doctorant à l’University of California, Riverside, a récolté de la mousse du désert sur des champs de roches volcaniques et des sols granitiques des déserts de Mojave et de Sonora, où les températures estivales dépassent régulièrement les 38 °C.

Son sujet principal : les biocroûtes (biocrusts), ces fines communautés vivantes à la surface du sol où mousses, algues, bactéries et champignons forment une croûte qui stabilise les terrains.

Pour disposer d’un contraste net, Kelly a aussi prélevé des échantillons dans des sites côtiers moins arides, constituant volontairement un éventail de climats à comparer.

Son co-auteur, Jason Stajich, professeur de microbiologie et de pathologie végétale à l’UCR, adhérait de longue date au consensus scientifique.

« C’était le modèle », a déclaré Stajich. Selon cette vision, les mousses ne s’associaient tout simplement pas aux champignons.

Afin de mettre ce modèle à l’épreuve, l’équipe a stérilisé la surface de chaque échantillon de mousse - pour éliminer les organismes externes - puis a broyé les tissus et recherché de l’ADN fongique.

L’idée était de distinguer ce qui vit à l’intérieur de la plante de ce qui ne fait que s’y accrocher.

Des champignons qui ont besoin d’hôtes

Parmi les organismes détectés figuraient des champignons mycorhiziens, et plus précisément les champignons mycorhiziens arbusculaires, ou AMF.

Le matériel identifié à l’intérieur des mousses stérilisées ne correspondait pas à ce qui ressortait de la terre nue prélevée à seulement quelques centimètres de là.

À la différence des décomposeurs qui circulent librement dans le sol, les AMF ne peuvent pas persister sans un hôte végétal vivant.

Une synthèse sur cette symbiose montre que la grande majorité des plantes terrestres s’appuie sur les AMF pour extraire le phosphore et l’azote du sol en échange de carbone.

Pourtant, les enquêtes antérieures plaçaient systématiquement les mousses en dehors de cet échange.

Comme ces organismes ne survivent pas sans partenaire végétal, leur présence dans des tissus de mousse stérilisés est difficile à balayer comme une simple contamination accidentelle.

Autrement dit, quelque chose dans la mousse semblait les maintenir en vie.

Des champignons à l’intérieur des cellules des feuilles

L’ADN, à lui seul, ne suffisait pas à prouver une colonisation active. Kelly a donc appliqué une coloration chimique qui se fixe sur les tissus fongiques, puis a observé les préparations au microscope.

Dans les cellules de l’espèce de mousse Trichostomopsis australaceae - une mousse désertique fréquente - des structures fongiques ramifiées sont apparues à l’intérieur de cellules individuelles de feuilles.

« Dès que j’ai vu ça, j’ai su qu’on tenait quelque chose de vraiment intéressant », a expliqué Kelly.

Chez les plantes qui établissent de véritables symbioses avec les champignons, les AMF construisent dans les cellules des racines de petites structures à ramifications répétées, destinées à l’échange de nutriments.

Les mousses n’ont pas de racines. Malgré cela, ce que Kelly a observé dans les feuilles présentait une ressemblance structurelle nette - suffisamment proche pour que les chercheurs parlent de structures « arbuscule-like ».

Aucune étude antérieure n’avait décrit une telle ramification intracellulaire au sein de cellules de mousse en bonne santé.

L’aridité modifie la composition

La même espèce de mousse collectée sur des sites côtiers près de San Diego, en Californie, contenait des concentrations d’AMF bien plus élevées que les échantillons provenant des zones hyperarides du désert de Mojave.

Sur le littoral, les structures intracellulaires étaient visibles, alors qu’elles n’apparaissaient pas dans le matériel issu des sites les plus secs.

« Nous pensons que certains champignons sont plus utiles pour survivre dans des climats plus chauds et plus secs », a indiqué Kelly.

De nombreuses recherches ont documenté comment les perturbations physiques et le réchauffement désorganisent les communautés de biocroûtes, avec des effets en cascade : érosion, pertes de carbone et production de poussières dans les régions arides.

Les biocroûtes désertiques subissent déjà une pression importante, à la fois à cause de la hausse des températures et des activités humaines.

Cela influence directement la capacité de ces communautés à persister dans un climat qui se réchauffe.

À mesure que l’Ouest américain s’assèche, la composition fongique à l’intérieur de la mousse du désert pourrait évoluer de manière à réduire l’aptitude des mousses à encaisser chaleur et sécheresse.

Un partenariat ancien, à reconsidérer

Les mousses sont proches parentes de certaines des toutes premières plantes terrestres.

On pense que des champignons ont aidé ces pionnières à passer de l’eau à la terre ferme il y a environ 470 millions d’années, en leur fournissant des nutriments qu’elles ne pouvaient pas atteindre seules.

Une étude sur l’histoire évolutive des associations entre plantes terrestres et champignons va dans le sens d’un partenariat fongique présent dès l’origine même de la vie végétale sur les continents.

Les mousses avaient été écartées de ce récit. Ces résultats les y réintègrent.

Si la relation se confirme lors de tests supplémentaires, cela modifierait aussi ce que l’on sait du moment où ces partenariats sont apparus dans la lignée menant aux plantes terrestres modernes.

La suite des recherches

Avant de pouvoir parler officiellement de symbiose, les chercheurs devront démontrer que des nutriments circulent réellement entre la mousse et les champignons.

Les indices structuraux concordent avec ce type d’échange, mais l’observation, à elle seule, ne suffit pas.

Les enjeux dépassent la biologie évolutive. Si des champignons spécifiques augmentent la tolérance des mousses à la sécheresse et à la chaleur, ces organismes pourraient un jour être mobilisés pour restaurer des biocroûtes dégradées dans des paysages désertiques soumis au réchauffement.

Presque toutes les plus de 10 000 espèces de mousses connues n’ont jamais été étudiées pour rechercher des champignons vivant à l’intérieur de leurs tissus.

Cette découverte laisse penser que de nombreux autres partenariats cachés restent à révéler.