32 première partie La chimie de la vie
. Figure 2.2
comment les « jardins du diable »
apparaissent-ils dans la forêt tropicale
humide ?
eXpérIenCe Sous la direction de Deborah Gordon et en collaboration
avec Michael Greene, l’étudiante Megan Frederickson a cherché l’origine
des « jardins du diable », des zones où ne pousse qu’une seule espèce
d’arbre, Duroia hirsuta. Une des hypothèses pour expliquer ce phénomène
supposait que des fourmis qui colonisent ces plantes, Myrmelachista
schumanni, produisent une substance chimique qui empoisonne les
autres espèces d’arbres ; selon une autre hypothèse, ce sont les arbres de
l’espèce de Duroia eux-mêmes qui tuent les compétiteurs, probablement
en sécrétant un produit chimique.
Afin de vérifier ces hypothèses, Frederickson a effectué des expériences
sur le terrain, au Pérou. Elle a planté deux jeunes pousses d’arbre d’une
espèce locale non hôte, Cedrela odorata, à l’intérieur de dix jardins du
diable. À la base d’une des jeunes pousses, elle a appliqué une barrière
engluée d’insecticide ; l’autre n’était pas protégée. Puis, elle a planté
deux autres pousses de Cedrela, avec et sans barrière, à environ
50 mètres à l’extérieur de chaque jardin.
Jeune pousse
de Cedrela
Arbre
de l’espèce
Duroia
Jardin
du diable
À l’intérieur,
non protégée
À l’extérieur,
non protégée
À l’extérieur,
protégée
À l’intérieur,
protégée
Barrière
insecticide
bas de l’organisation biologique. Nous traiterons de l’agencement des atomes en molécules, puis des interactions des molécules au sein des cellules. Ce faisant, nous franchirons la
frontière qui sépare le non-vivant du vivant. Ce chapitre traite
des composants chimiques qui forment toute matière.
ConCept
2.1
La matière est constituée d’éléments
chimiques purs ou combinés ; les éléments
combinés forment des composés
Les organismes sont constitués de matière. On appelle matière
tout ce qui occupe un espace et possède une masse*. La matière
existe sous toutes sortes de formes ; les pierres, les métaux, le
pétrole, les gaz et les humains en sont quelques exemples.
* On utilise parfois le terme poids, même si ce terme n’est pas synonyme de
masse. La masse est la quantité de matière dans un objet, alors que le poids
d’un objet désigne l’intensité de la force avec laquelle cette masse subit l’action
de la gravité. Le poids d’un astronaute qui marche sur la Lune est d’environ
1/6 de celui qu’il a sur la Terre, mais sa masse est la même. Cependant, tant
que nous restons sur Terre, le poids d’un objet est une mesure de sa masse ; c’est
pourquoi, dans le langage courant, on utilise indifféremment les deux termes.
Les éléments et les composés
La matière est formée d’éléments. Un élément est une substance impossible à décomposer en d’autres substances plus
simples au cours de réactions chimiques. Les chimistes ont
identifié 92 éléments naturels, dont l’or, le cuivre, le carbone
et l’oxygène. Ils ont attribué à chacun un symbole, le plus
souvent constitué de la première ou des deux premières
lettres de son nom. Quelques symboles dérivent de noms
latins ou allemands ; par exemple, celui du sodium est Na, du
mot latin natrium, alors que celui du tungstène est W, du mot
allemand wolfram.
Un composé est une substance formée de deux ou de
plusieurs éléments combinés dans des proportions définies. Le sel de table, par exemple, est en fait du chlorure de
sodium (NaCl) ; il est constitué des éléments sodium (Na)
et chlore (Cl) dans un rapport de 1 :1. Le sodium pur est un
métal, alors que le chlore pur est un gaz toxique. Cependant, une fois qu’ils sont liés chimiquement, ils forment
un composé comestible. L’eau (H 2 O), un autre composé,
est constituée des éléments hydrogène (H) et oxygène
(O) dans un rapport 2 : 1. Ces exemples illustrent bien le
concept d’émergence : un composé possède des caractéristiques que n’ont pas ses éléments pris individuellement
(figure 2.3).
investigation
Les chercheurs ont observé l’activité des fourmis sur les feuilles de Cedrela
et ont mesuré, après une journée, les surfaces des tissus nécrosés des
feuilles. Ils ont également effectué une analyse chimique du contenu des
glandes à venin des fourmis.
résultAts À l’aide d’un aiguillon placé à l’extrémité de leur abdomen,
les fourmis ont fait des injections dans les feuilles des jeunes pousses non
protégées dans les jardins (voir la photo). En l’espace d’une journée, des
zones nécrosées se sont formées sur les feuilles (voir le graphique).
Les pousses protégées par la barrière insecticide n’ont pas été blessées, de
même que celles plantées à l’extérieur des jardins. L’acide formique a été le
seul produit chimique détecté dans les glandes abdominales des fourmis.
Tissu de feuilles nécrosé (cm
2
)
après un jour
0
4
8
12
16
À l’intérieur,
non protégée
À l’intérieur,
protégée
À l’extérieur,
non protégée
Jeunes pousses de Cedrela, à l’intérieur
et à l’extérieur des jardins du diable
À l’extérieur,
protégée
ConClusIon Les fourmis de l’espèce Myrmelachista schumanni éliminent les arbres non-hôtes en injectant de l’acide formique dans leurs
feuilles, faisant ainsi des jardins du diable un habitat hospitalier pour ces
colonies de fourmis.
sourCe M. E. Frederickson, M. J. Greene et D. M. Gordon, « Devil’s
gardens » bedevilled by ants, Nature 437 : 495-496 (2005).
et sI ?
Quels résultats observerait-on si l’incapacité à croître des
jeunes pousses non protégées dans les jardins du diable était causée par
un produit chimique libéré par les arbres de l’espèce Duroia plutôt que
par les fourmis ?
. Figure 2.2
comment les « jardins du diable »
apparaissent-ils dans la forêt tropicale
humide ?
eXpérIenCe Sous la direction de Deborah Gordon et en collaboration
avec Michael Greene, l’étudiante Megan Frederickson a cherché l’origine
des « jardins du diable », des zones où ne pousse qu’une seule espèce
d’arbre, Duroia hirsuta. Une des hypothèses pour expliquer ce phénomène
supposait que des fourmis qui colonisent ces plantes, Myrmelachista
schumanni, produisent une substance chimique qui empoisonne les
autres espèces d’arbres ; selon une autre hypothèse, ce sont les arbres de
l’espèce de Duroia eux-mêmes qui tuent les compétiteurs, probablement
en sécrétant un produit chimique.
Afin de vérifier ces hypothèses, Frederickson a effectué des expériences
sur le terrain, au Pérou. Elle a planté deux jeunes pousses d’arbre d’une
espèce locale non hôte, Cedrela odorata, à l’intérieur de dix jardins du
diable. À la base d’une des jeunes pousses, elle a appliqué une barrière
engluée d’insecticide ; l’autre n’était pas protégée. Puis, elle a planté
deux autres pousses de Cedrela, avec et sans barrière, à environ
50 mètres à l’extérieur de chaque jardin.
Jeune pousse
de Cedrela
Arbre
de l’espèce
Duroia
Jardin
du diable
À l’intérieur,
non protégée
À l’extérieur,
non protégée
À l’extérieur,
protégée
À l’intérieur,
protégée
Barrière
insecticide
bas de l’organisation biologique. Nous traiterons de l’agencement des atomes en molécules, puis des interactions des molécules au sein des cellules. Ce faisant, nous franchirons la
frontière qui sépare le non-vivant du vivant. Ce chapitre traite
des composants chimiques qui forment toute matière.
ConCept
2.1
La matière est constituée d’éléments
chimiques purs ou combinés ; les éléments
combinés forment des composés
Les organismes sont constitués de matière. On appelle matière
tout ce qui occupe un espace et possède une masse*. La matière
existe sous toutes sortes de formes ; les pierres, les métaux, le
pétrole, les gaz et les humains en sont quelques exemples.
* On utilise parfois le terme poids, même si ce terme n’est pas synonyme de
masse. La masse est la quantité de matière dans un objet, alors que le poids
d’un objet désigne l’intensité de la force avec laquelle cette masse subit l’action
de la gravité. Le poids d’un astronaute qui marche sur la Lune est d’environ
1/6 de celui qu’il a sur la Terre, mais sa masse est la même. Cependant, tant
que nous restons sur Terre, le poids d’un objet est une mesure de sa masse ; c’est
pourquoi, dans le langage courant, on utilise indifféremment les deux termes.
Les éléments et les composés
La matière est formée d’éléments. Un élément est une substance impossible à décomposer en d’autres substances plus
simples au cours de réactions chimiques. Les chimistes ont
identifié 92 éléments naturels, dont l’or, le cuivre, le carbone
et l’oxygène. Ils ont attribué à chacun un symbole, le plus
souvent constitué de la première ou des deux premières
lettres de son nom. Quelques symboles dérivent de noms
latins ou allemands ; par exemple, celui du sodium est Na, du
mot latin natrium, alors que celui du tungstène est W, du mot
allemand wolfram.
Un composé est une substance formée de deux ou de
plusieurs éléments combinés dans des proportions définies. Le sel de table, par exemple, est en fait du chlorure de
sodium (NaCl) ; il est constitué des éléments sodium (Na)
et chlore (Cl) dans un rapport de 1 :1. Le sodium pur est un
métal, alors que le chlore pur est un gaz toxique. Cependant, une fois qu’ils sont liés chimiquement, ils forment
un composé comestible. L’eau (H 2 O), un autre composé,
est constituée des éléments hydrogène (H) et oxygène
(O) dans un rapport 2 : 1. Ces exemples illustrent bien le
concept d’émergence : un composé possède des caractéristiques que n’ont pas ses éléments pris individuellement
(figure 2.3).
investigation
Les chercheurs ont observé l’activité des fourmis sur les feuilles de Cedrela
et ont mesuré, après une journée, les surfaces des tissus nécrosés des
feuilles. Ils ont également effectué une analyse chimique du contenu des
glandes à venin des fourmis.
résultAts À l’aide d’un aiguillon placé à l’extrémité de leur abdomen,
les fourmis ont fait des injections dans les feuilles des jeunes pousses non
protégées dans les jardins (voir la photo). En l’espace d’une journée, des
zones nécrosées se sont formées sur les feuilles (voir le graphique).
Les pousses protégées par la barrière insecticide n’ont pas été blessées, de
même que celles plantées à l’extérieur des jardins. L’acide formique a été le
seul produit chimique détecté dans les glandes abdominales des fourmis.
Tissu de feuilles nécrosé (cm
2
)
après un jour
0
4
8
12
16
À l’intérieur,
non protégée
À l’intérieur,
protégée
À l’extérieur,
non protégée
Jeunes pousses de Cedrela, à l’intérieur
et à l’extérieur des jardins du diable
À l’extérieur,
protégée
ConClusIon Les fourmis de l’espèce Myrmelachista schumanni éliminent les arbres non-hôtes en injectant de l’acide formique dans leurs
feuilles, faisant ainsi des jardins du diable un habitat hospitalier pour ces
colonies de fourmis.
sourCe M. E. Frederickson, M. J. Greene et D. M. Gordon, « Devil’s
gardens » bedevilled by ants, Nature 437 : 495-496 (2005).
et sI ?
Quels résultats observerait-on si l’incapacité à croître des
jeunes pousses non protégées dans les jardins du diable était causée par
un produit chimique libéré par les arbres de l’espèce Duroia plutôt que
par les fourmis ?