Offre N° : PRS-20-291

Variabilité morpho-anatomique et fonctionnelle des ‘pousses chercheuses’ chez les plantes grimpantes

Type d'accueil : Stage Master 1
Lieu d'accueil : UMR AMAP, Montpellier
Période d'accueil : Janvier à Avril 2021    Durée d'accueil : 3 mois
Profil recherché : Nous recherchons un stagiaire de Master 1.
Laboratoire d'accueil :
UMR CIRAD-CNRS (5120)-INRA (931)-IRD (123)- Université Montpellier, "botAnique et Modélisation de l'Archtecture des Plantes et des végétations"

Descriptif détaillé de l'offre :

Objet de l'offre :
Contexte

Le projet européen GrowBot (Horizon 2020) vise à développer un nouveau paradigme de déplacement en robotique douce en s’inspirant des plantes grimpantes. Le mode de vie grimpant est apparu à plusieurs reprises au sein du règne végétal et est considéré comme une innovation clé dans la diversification des plantes à fleurs (Gianoli 2004). Ce groupe polyphylétique regroupe des formes végétales variées, depuis les buissons grappillant jusqu’aux lianes volubiles, qui se caractérisent par une forte dépendance aux supports physiques pour accéder à la lumière (Rowe, Isnard, et Speck 2004). La fixation à un support est permise par le développement d’une pousse plus ou moins autoportante dont une de ces parties (tige, feuille, structures épidermiques) présente la capacité de se s’accrocher sur les structures alentour (Isnard et Silk 2009). Certaines d’entre elles sont capables de franchir d’importants espaces vides pour se hisser jusque dans la cime des arbres, tandis que d’autres rampent sur leur support (Gianoli 2015). La diversité des adaptations et des modalités de croissance associées à ces pousses chercheuses est très intéressante pour le développement d’artefacts robotiques basés sur des processus additifs (c.-à-d. par accumulation de matière) (Fiorello et al. 2020). En particulier, les lianes sont d’excellents modèles pour résoudre des questions d’économie dans le design d’artefacts robotiques, car leurs pousses présentent généralement une phase spécialisée dans l’exploration et dont les organisations sous-jacentes maximisent les performances à moindre coût structurel (Hattermann & al., in prep.). D’autre part, la caractérisation des formes végétales en groupes fonctionnels est un enjeu important en écologie pour comprendre la valeur sélective des populations à milieu donné et pour estimer la distribution passée, présente et future des espèces (Diaz et al. 2016). Depuis Darwin, de nombreuses classifications qualitatives ont été proposées pour regrouper les plantes grimpantes selon leurs modes d’accrochages (Cabanillas et Hurrell 2012). Cependant, la pertinence de ces classifications reste aujourd’hui très limitée et suggère qu’une approche comparative, quantitative et fonctionnelle est nécessaire pour caractériser les stratégies écologiques des espèces.

Objectifs

Pour répondre à ces enjeux, le stage proposé vise à étudier les capacités des plantes grimpantes à franchir les espaces entre deux supports selon des critères morphologiques, anatomiques et fonctionnels. Cette étude représente l’étape préliminaire à l’établissement d’un spectre économique des plantes grimpantes défini à l’échelle des pousses chercheuses dans le cadre de la thèse de doctorat de Tom Hattermann. Ce continuum devra traduire des modes d’exploitation des ressources carbonées (e.g. acquisition vs. conservation) associés à la fonction d’exploration.

L’étudiant devra donc répondre aux questions suivantes :
1) Existe-t-il des architectures mécaniques plus optimales/spécialisées que d’autres pour traverser des espaces 3D ?
2) Quelles sont les organisations anatomiques les plus économiques pour une performance donnée ?
3) Quels sont les traits les plus pertinents pour définir des groupes fonctionnels chez les plantes grimpantes ?
4) Quels sont les modèles biologiques les plus pertinents pour d’éventuels transferts technologiques en robotique douce ?

Méthodes et tâches attendues

Dans le but d’examiner les relations entre les performances exploratrices, les organisations anatomiques et le coût structurel des pousses, l’étudiant.e disposera d’un jeu de données décrivant 84 pousses chercheuses de 9 espèces de plantes grimpantes provenant de la région périurbaine de Montpellier. Ce jeu de données se compose d’informations sur (i) la morphologie des pousses (dimensions des entre-nœuds et surfaces foliaires), (ii) la biomasse des différents organes (fraîche et sèche) et (iii) les propriétés mécaniques à la base de la pousse (densité, rigidité en flexion, module structurel de Young ...). Son travail portera principalement sur l’analyse de coupes transversales de tiges (déjà réalisées) pour lesquelles il.elle devra détourer manuellement les différents tissus afin d’en déduire leurs surfaces et leur contribution aux moments d’inertie (temps estimé : 4 à 6 semaines). Le principal enjeu de ce travail sera d’identifier pour chaque espèce les tissus qui ont un rôle de soutien mécanique et d’adapter les analyses en conséquence. Des coupes anatomiques supplémentaires pourront être réalisées pour des espèces tropicales déjà échantillonnées. L’analyse passera essentiellement par des statistiques multivariées et seront réalisées sous le logiciel R cran. Une période relativement importante du stage sera donc dédiée à l’analyse des données et à la rédaction du rapport de stage (temps estimé : 4 à 6 semaines). Si la situation sanitaire le permet, l’étudiant.e sera accueilli à l’UMR AMAP (Montpellier) et réalisera une semaine de terrain et de mesures afin de se familiariser avec les données qu’il manipulera. Dans le cas contraire, l’étudiant pourra réaliser l’intégralité de son stage en télétravail.
Connaissances requises
- Bonnes connaissances en morpho-anatomie végétale
- Goût prononcé pour la biologie fonctionnelle et/ou le biomimétisme
- Dessin/graphisme
- (Bio)informatique (ImageJ, Photoshop)
- Programmation et statistiques sous R (Analyses multivariées, régression linéaire)

Commentaires complémentaires
Gratification mensuelle conformément à la législation en vigueur (~573 €/mois plein)