Une nouvelle étude dévoile les secrets explosifs du concombre gicleur

L’un des grands mystères du monde botanique concerne un composant familier que l’on retrouve dans plusieurs de nos salades : les concombres. Sauf que l’espèce spécifique de concombre en question possède une manière unique de disperser ses graines : dans un jet balistique de mucus.

Une équipe interdisciplinaire de scientifiques dirigée par l'Université d'Oxford a mis en lumière la méthode agressive et mal comprise de dispersion des graines du concombre gicleur, bien nommé. Une étude publiée le 25 novembre dans la revue PNAS suggère que les résultats pourraient inspirer des innovations en bio-ingénierie, comme des mécanismes permettant la libération précise de médicaments. Cela explique également comment il est même possible pour un concombre de lancer ses graines sur une distance 250 fois supérieure à la longueur de son corps.

« Depuis des siècles, les gens se demandent comment et pourquoi cette plante extraordinaire envoie ses graines dans le monde de manière si violente. Aujourd'hui, en tant qu'équipe de biologistes et de mathématiciens, nous avons enfin commencé à résoudre cette grande énigme botanique », a déclaré Chris Thorogood du Jardin botanique d'Oxford, un scientifique impliqué dans l'étude, dans un communiqué de l'université.

Le concombre gicleur, une courge méditerranéenne, est connu depuis l'Antiquité. Pline l'Ancien (23/24 EC à 79 EC) a un jour réfléchi à son expérience avec la plante, en disant : « À moins que, pour le préparer, le concombre ne soit ouvert avant qu'il ne soit mûr, la graine jaillit, mettant même en danger les yeux. »

La plante est velue, produit des fleurs jaunes et ses fruits, les concombres, atteignent quelques pouces de longueur. Lorsqu'elles sont mûres, elles jaillissent du sommet de leurs tiges épaisses et éjectent un jet exceptionnellement rapide de mucus rempli de graines. Les graines peuvent atteindre des vitesses allant jusqu'à 65,6 pieds (20 mètres) par seconde et atterrir jusqu'à 32,8 pieds (10 mètres). Pas étonnant que Pline ait eu peur pour ses yeux.

Pour étudier ce mécanisme de plus près, des scientifiques de l'Université d'Oxford et de l'Université de Manchester ont utilisé une série d'expériences, de modélisation mathématique, de vidéographie à grande vitesse, de tomodensitométrie et de photographie.

Voici ce qu'ils ont appris : Dans les semaines précédant l'éjection des graines, le concombre accumule du liquide et devient hautement pressurisé. Quelques jours avant l'événement, une partie de ce mucus passe du fruit à la tige, inclinant le concombre d'environ 45 degrés par rapport à sa position précédente, presque verticale, rendant la tige plus longue, plus épaisse et plus rigide. Lorsque le concombre et la tige éclatent enfin, la pointe de la tige se détache, provoquant une rotation du concombre dans la direction opposée.

« La première fois que nous avons inspecté cette plante au Jardin Botanique, le lancement des graines a été si rapide que nous n'étions pas sûrs que cela ait réellement eu lieu. C'était très excitant de creuser et de découvrir le mécanisme de cette plante unique », a déclaré Derek Moulton de l'Université d'Oxford, qui a également travaillé sur l'étude.

La direction et la vitesse des graines dépendent de leur timing. Par exemple, les graines qui sortent du fruit en premier sont les plus rapides, ont l'angle de lancement le plus bas et atterrissent le plus loin. Les graines qui suivent sont plus lentes (en raison de la pression désormais diminuée du concombre), ont un angle de lancement plus élevé (en raison de la rotation du concombre) et atterrissent donc plus près.

De cette façon, un seul plant de concombre giclant avec plusieurs fruits peut distribuer ses graines dans un anneau presque uniforme entre 6,6 pieds (2 mètres) et 32,8 pieds (10 mètres). Bien que l'ensemble du mécanisme soit surprenant, l'étape qui consiste à faire passer le fluide du fruit à la tige pourrait être « unique dans le règne végétal », ont écrit les chercheurs dans le communiqué.

L’équipe a également développé des modèles mathématiques pour simuler ce mécanisme et tester l’impact de la modification des paramètres sur le résultat. Il s’avère cependant que le système de dispersion des graines est déjà presque optimal.

Si la tige était plus épaisse et plus rigide, le concombre tournerait moins et les graines seraient lancées horizontalement. Si la tige recevait moins de liquide avant l’éjection, le fruit aurait une pression plus élevée et projetterait les graines plus rapidement mais plus verticalement. Les deux scénarios limitent l’aire de dispersion, ce qui signifie que moins de graines seraient susceptibles de survivre en raison de facteurs tels que la concurrence accrue pour les ressources.

Bien que l'explication des comportements étranges des plantes (comme la raison pour laquelle cette fleur sent la chair pourrie) n'ait peut-être pas d'applications évidentes dans la vie quotidienne, nous découvrirons peut-être bientôt d'autres écrits de Pline l'Ancien révélant que l'armée romaine a incorporé les graines balistiques du concombre gicleur comme une arme légionnaire spéciale.