L’année 2021 a été passablement éprouvante en termes de dérèglements climatiques. Ces évènements suscitent la réflexion dans la population, qui se montre désireuse de soutenir ceux et celles qui cherchent des solutions.
Du côté des sciences biologiques, ils sont nombreux à proposer des procédés qui s’inspirent de la nature afin de minimiser l’empreinte polluante d’Homo sapiens. Le professeur Frédéric Pitre est de ceux-là: il utilise la chimie des saules pour traiter les eaux usées, ce qui a attiré l’attention du jury de la 29e édition des 10 découvertes de l’année du magazine Québec Science.
Mais avant que des applications bien concrètes voient le jour, encore faut-il comprendre comment fonctionne la nature, sur laquelle elles prennent exemple… En amont, les scientifiques menant des recherches fondamentales éveillent peut-être moins l’intérêt du public, mais leurs recherches n’en demeurent pas moins essentielles. L’équipe constituée de Simon Joly et de Daniel Schoen a elle aussi retenu l’attention du jury en prouvant une hypothèse de Darwin vieille de 150 ans sur la raison d’être des plantes cléistogames.
Utiliser la chimie des saules pour traiter les eaux usées des villes canadiennes
Chaque année au Canada, 6000 milliards de litres d'eaux usées municipales sont partiellement traités et rejetés dans l'environnement. Les biologistes savaient déjà que les saules sont naturellement tolérants à la contamination et que leurs racines filtrent l'azote. Une étude publiée dans Science of the Total Environment a démontré qu’il serait possible de traiter des millions de litres d'eaux usées grâce à des saules à croissance rapide tout en produisant de la bioénergie et des produits chimiques «verts».
Pour endiguer le flux d’eaux polluantes, Frédéric Pitre et son étudiante Eszter Sas ont utilisé les racines des saules (Salix spp) pour les filtrer. Après avoir expérimenté la méthode sur une plantation de saules au Québec, les deux chercheurs et leur équipe ont estimé que plus de 30 millions de litres d'eaux usées primaires par hectare peuvent être traités annuellement à l'aide d’une telle «bioraffinerie».
La biomasse de ces saules filtreurs peut ensuite être recueillie pour fabriquer des biocarburants lignocellulosiques renouvelables – biocarburants dits de deuxième génération et produits grâce à l’extraction de la cellulose: ils sont une solution aux combustibles fossiles et n’entrent pas en concurrence directe avec la chaîne alimentaire humaine comme les biocarburants de première génération, qui sont produits à partir de betteraves, de blé, de maïs, etc.
De plus, les scientifiques ont extrait des saules filtreurs des produits chimiques totalement inconnus en plus d’autres composés comme l'acide salicylique (connu comme le principal ingrédient de l'aspirine), que les saules libèrent en grande quantité, et une série de produits chimiques «verts» – ayant des propriétés antioxydantes, anticancéreuses, anti-inflammatoires et antimicrobiennes importantes – qui ont été enrichis grâce à la filtration des eaux usées par les racines des saules.
Ce concept de bioraffinerie semble fantastique pour permettre aux nouvelles technologies environnementales de concurrencer économiquement les marchés établis des combustibles fossiles et des produits chimiques à base de pétrole tout en contribuant à réduire les dommages causés par l'humain à l'écosystème.
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Le secret des fleurs invisibles: Darwin avait raison
Pourquoi certaines plantes produisent-elles des fleurs petites et peu attrayantes? Deux chercheurs en sciences biologiques pensent avoir compris pourquoi, validant une hypothèse de Darwin vieille de 150 ans.
Qui dit fleur dit couleurs chatoyantes, contrastées et éclatantes… Pourtant, toutes les plantes ne produisent pas uniquement de telles fleurs. Certaines espèces qualifiées de «cléistogames» en produisent en fait deux types: les «normales», qui sont superbes, et les «avortons», qui sont petits, jamais ouverts et qui se pollinisent eux-mêmes. Cette seconde catégorie de fleurs n’a donc pas besoin d'appâter les insectes pollinisateurs par quelque artifice de beauté que ce soit. Mais jusqu'à présent, la raison d’être des fleurs cléistogames était restée un mystère!
Dans une étude publiée dans Current Biology, les professeurs de biologie Simon Joly, de l’Université de Montréal, et Daniel Schoen, de l’Université McGill, montrent que la cléistogamie, comme on appelle cette autopollinisation, est fortement associée aux fleurs bilatéralement symétriques, soit celles qui ont un seul plan de symétrie au lieu de plusieurs; les orchidées en sont un bon exemple. Charles Darwin a formulé cette hypothèse il y a environ 150 ans, mais ce n'est que maintenant, grâce aux recherches de MM. Joly et Schoen, que l'hypothèse a été prouvée scientifiquement.
La beauté des fleurs des plantes chasmogames – qui se reproduisent par pollinisation croisée – attire les animaux et insectes pollinisateurs, qui transportent le pollen entre plantes d’une même espèce, agissant efficacement comme intermédiaires dans le processus d'accouplement. Les problèmes de reproduction surviennent lorsque, pour une raison ou pour une autre, il y a absence de pollinisateurs. Le processus de l’évolution a donc permis à certaines plantes d'éviter ce problème: elles se pollinisent elles-mêmes.
Pour vérifier l’hypothèse de Darwin, Simon Joly et Daniel Schoen ont analysé plus de 2500 espèces de plantes à fleurs – le plus grand ensemble de données jamais réunies pour des fleurs présentant ces caractéristiques inhabituelles. Leurs résultats ont mis en lumière le défi auquel les plantes sont confrontées: assurer leur descendance tout en minimisant la consanguinité. La cléistogamie représente donc une solution à ce dilemme en produisant deux types de fleurs: les fleurs normales, qui «se croisent» avec d’autres fleurs grâce aux pollinisateurs, et les cléistogames, qui assurent la reproduction lorsque les conditions de pollinisation sont mauvaises.
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La communauté de l’UdeM est invitée à prendre connaissance des découvertes de ses chercheurs et chercheuses et à voter pour celle qui l’inspire le plus sur le site Web de Québec Science. Le vote prend fin le 10 février 2022 à 23 h 59 et la découverte de l’année 2021 sera annoncée dans le numéro de mars de la revue.
Les 10 découvertes de l'année: les sciences biologiques retiennent l'attention - udemnouvelles
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