Recréez les expériences de Darwin dans votre jardin

Le biologiste James T. Costa a recréé certaines des expériences de Darwin qui ont conduit à sa théorie de l'évolution. Maintenant, vous pouvez les essayer dans le confort de votre jardin.

Ce qui suit est un extrait de Darwin's Backyard de James T. Costa.

Les expériences de "salage des graines" de Darwin visaient à déterminer, premièrement, combien de temps les graines pourraient conserver leur vitalité après une exposition à l'eau salée, et deuxièmement, combien de temps elles peuvent flotter ou couler dans l'eau salée. Il a réalisé plusieurs versions de cette expérience en utilisant des graines de nombreuses espèces, y compris des légumes de jardin, des mauvaises herbes communes et des plantes tropicales.

A. Matériaux

Eau salée : préparez de 1 à 10 gallons (3,8 à 38 litres) d'eau salée, selon l'échelle de votre expérience. Nous sommes intéressés par une approximation de l'eau de mer. Comme Darwin, vous pouvez facilement fabriquer de l'eau de mer artificielle avec des préparations de sel et de minéraux disponibles dans le commerce. Vous pouvez acheter votre mélange de sel auprès de l'un des nombreux détaillants de fournitures d'aquarium en ligne (Instant Ocean® et Natural Sea Aquarium Salt Mix d'Oceanic Systems, Inc. sont des marques moins chères), ou auprès d'une animalerie ou d'un magasin de fournitures d'aquarium local. Ou faites la vôtre avec cette recette :

Dans chaque 3 gallons (11,4 litres) d'eau douce, dissoudre :

De tels mélanges chimiques et minéraux donnent à l'eau douce toutes les qualités de l'eau de mer, ce qui la rend propice à la vie marine. Si vous installiez un aquarium d'eau salée pour soutenir les poissons, nous devions faire attention à la salinité et à la qualité de l'eau douce utilisée. Puisque nous faisons simplement flotter des graines dans notre eau salée, il n'y a pas lieu de s'en soucier. Soit dit en passant, même si vous vivez près de l'océan, il est toujours préférable d'utiliser de l'eau salée artificielle, car l'eau de l'océan est pleine d'algues et d'autres micro-organismes qui mourront et se décomposeront, salissant l'eau.

B. Autres matériaux

L'arrière-cour de Darwin : comment de petites expériences ont conduit à une grande théorie

2. Enregistrez quotidiennement l'état des graines, en enregistrant pour chaque navire le nombre de graines encore flottantes et le nombre qui ont coulé. Cela peut être poursuivi indéfiniment, comme Darwin l'a fait en enlevant les graines à intervalles réguliers pour voir combien de temps elles resteraient viables après une exposition prolongée à l'eau salée, mais il sera plus pratique pour la plupart des gens de mener l'expérience pendant une période de temps définie - 1, 2 ou 3 semaines, ou ce que vous préférez. Des groupes plus importants avec des répliques de chaque espèce de graines peuvent récolter une réplique par espèce après, disons, 1 semaine d'exposition, une seconde réplique après 2 semaines, etc.

3. À la fin du laps de temps déterminé pour l'expérience, enregistrez le nombre de graines flottantes par rapport aux graines enfoncées pour chaque espèce. Récupérez d'abord les graines flottantes de chaque récipient à l'aide de la cuillère, en prenant soin de ne pas couler de graines. Ensuite, récupérez les graines enfoncées, en veillant à séparer chaque espèce et à séparer les graines encore flottantes et enfoncées de chaque espèce. Rincer les graines à l'eau douce et planter les graines en utilisant l'une des deux méthodes suivantes :

Méthode de papier essuie-tout. Utilisez des plats séparés pour les flotteurs et les plombs de chaque espèce. Placez un morceau de papier essuie-tout au fond du plat, saturez-le d'eau et placez les graines. Saturez le deuxième morceau de papier essuie-tout et placez-le sur le morceau du bas, en couvrant les graines. Placez le couvercle sur le plat pour sceller l'humidité. Assurez-vous que tous les plats sont étiquetés (espèce, flotteur versus plomb, date).

Méthode du sol. Plantez soigneusement chaque ensemble dans les unités adjacentes du plateau de germination. (Si le plat n'a pas d'unités de plantation individuelles, utilisez une ficelle pour quadriller le plat.) Plantez les graines flottantes et enfoncées de chaque espèce séparément. Répétez si nécessaire, arrosez et couvrez les plats ou les tasses avec une pellicule plastique.

4. Lorsque toutes les graines sont plantées, exposez les plats, les bacs de germination ou les coupelles à la lumière indirecte du soleil (et non à la lumière directe du soleil) ou à une lampe de croissance. Surveillez quotidiennement et notez le nombre de graines de chaque catégorie (espèces, flottantes ou enfoncées, etc.) qui germent.

Noter, pour chaque espèce et chaque temps d'exposition à l'eau salée (1 semaine, 2 semaines, etc.) :

(a) Nombre et pourcentage de graines flottantes germées versus non germées (b) Nombre et pourcentage de graines enfoncées germées versus non germées

5. À la fin de cette expérience, compilez les données, en notant le pourcentage de graines coulant et restant à flot pendant la période expérimentale, et le pourcentage de germination de chaque catégorie. Les résultats peuvent être liés à l'énigme originale de Darwin : Comment les espèces colonisent-elles les îles éloignées ? Deux séries de conclusions peuvent être tirées de notre expérience inspirée de Darwin, relative à la flottation et à la viabilité en eau salée. Premièrement, les graines de certaines espèces restent à flot pendant une période prolongée. Quelle a été la durée de votre expérience, et jusqu'où pouvaient-ils être emportés par les courants à cette époque ? Dans une lettre à Hooker, Darwin a souligné que "de nombreux courants marins parcourent un mile à l'heure: même en une semaine, ils pourraient être transportés sur 168 miles: on dit que le Gulf-stream parcourt 50 et 60 miles par jour." En effet, il s'agit probablement d'une sous-estimation pour certains courants : avec une vitesse de surface maximale estimée à 5,6 mph, le Gulf Stream pourrait transporter des graines flottantes à plus de 130 miles par jour ! Essayez de calculer cela.

6. Les graines enfoncées peuvent sembler moins informatives pour les objectifs de Darwin. Cependant, ils fournissent également des informations, en montrant dans quelle mesure les graines peuvent rester viables après une exposition à l'eau salée, qu'elles flottent ou coulent. Quelle proportion de vos graines enfoncées a germé par rapport aux graines flottantes ?

Frappé par la présence d'escargots d'eau douce sur de nombreuses îles éloignées, Darwin s'est penché sur le transport par mer et par air : flottant ou rafting, ou transporté par les oiseaux. Des expériences ont montré que les escargots d'eau douce ne pouvaient pas survivre longtemps dans l'eau salée, il a donc décidé de les emmener plutôt. La sauvagine peut-elle transporter des escargots aquatiques? Les escargots ou d'autres créatures peuvent grimper à bord des pattes des canards et des oies, surtout lorsque les canards dorment, les pattes pendantes dans l'eau. Pour tester cela, Darwin s'est tourné vers son "escargoterie" - un aquarium avec des escargots d'eau douce de tous âges - dans lequel il faisait pendre des pattes de canard séchées. Il découvrit bientôt que plusieurs jeunes escargots montaient à bord. Combien de temps pourraient-ils tenir ? Comme il l'écrivit plus tard dans l'Origine : "Ces mollusques qui viennent d'éclore, bien qu'aquatiques dans leur nature, ont survécu sur les pattes du canard, dans l'air humide, de douze à vingt heures ; et pendant cette durée, un canard ou un héron pourrait voler au moins six ou sept cents milles, et serait sûr de se poser sur une mare ou un ruisseau, s'il était soufflé à travers la mer vers une île océanique ou vers tout autre point éloigné." Voici une expérience de patte de canard qui ferait la fierté de Darwin. Nous verrons quelle quantité de vie aquatique pourrait coloniser les pattes de canard modèles que nous construisons.

A. Matériaux

[Rencontrez le paléobiologiste qui a inspiré la science dans "Jurassic Park".]

B. Procédure

Réalisation de votre modèle patte de canard :

1. En utilisant le croquis illustré ici comme modèle ou l'un de vos propres créations, tracez le contour de la patte de canard sur du tissu ou d'autres matériaux utilisés pour simuler la partie palmée d'une patte de canard.

2. À l'aide du couteau ou du clou, percez soigneusement un trou suffisamment grand pour insérer la cheville dans les côtés opposés de la balle de ping-pong. Insérez le goujon à travers la boule, avec environ 1 po (2 cm) dépassant à une extrémité de la boule ("haut").

3. Fixez le goujon dans la boule et scellez-le contre les fuites d'eau en appliquant une noisette de silicone ou de colle caoutchouc autour du goujon à l'endroit où il entre en contact avec la boule. Si vous utilisez un bouchon, percez un trou à une extrémité d'environ 1⁄4 po (0,6 cm) de profondeur et insérez fermement une extrémité de la cheville.

4. Utilisez une punaise pour fixer le "pied" de canard lui-même à la base de l'extrémité la plus longue de la cheville ("jambe"). (Remarque : plusieurs modèles peuvent être créés, chacun avec un matériau différent pour le pied ; l'efficacité des différents matériaux dans les organismes adhérents peut alors être comparée.)

5. L'objectif est de faire flotter le modèle de pied de canard dans l'eau, la jambe et le pied pendant dans la colonne d'eau. Étant donné que la jambe de cheville elle-même est flottante, il sera probablement nécessaire d'attacher un petit poids de pêche à la tige de la pointe de tapis fixant le pied. Testez en plaçant votre modèle de pied de canard dans l'eau (aquarium ou évier rempli) suffisamment profondément pour permettre à la jambe de se redresser, pied vers le bas. Fixez des poids supplémentaires si nécessaire à la base pour que le modèle flotte à la verticale, mais en veillant à ne pas ajouter trop de poids au risque que le modèle coule complètement. Lorsque vous avez le poids en équilibre, votre patte de canard est prête à être déployée ! Une ligne de pêche ou une guirlande lumineuse peut être attachée au sommet du modèle à l'aide d'une punaise.

[L'évolution se produit plus rapidement que vous ne le pensez.]

Déploiement du modèle :

2. Laissez votre modèle de patte de canard flotter dans l'étang pendant au moins 2 ou 3 jours (la durée est illimitée). Lorsque vous récupérez votre modèle, préparez un bac ou un sac refermable pour recevoir le modèle immédiatement après l'avoir sorti de l'eau. Ne collectez pas d'eau supplémentaire, retirez simplement le pied de l'eau directement dans la casserole ou le sac. À la maison, rincez soigneusement le "pied" palmé au-dessus de la casserole à l'aide d'un flacon pulvérisateur rempli d'eau fraîche.

3. Utilisez une loupe ou un microscope à dissection pour inspecter le pied à la recherche de toute trace de vie végétale ou animale. De même, des échantillons de l'eau de la casserole peuvent être transférés à l'aide d'une pipette ou d'une poire à jus dans une boîte de Pétri ou un objet similaire pour observation au microscope à dissection. Il peut être difficile de distinguer certains petits organismes comme les protistes et les algues des débris, mais une observation attentive révélera leur structure et montrera que les protozoaires se déplacent continuellement. Les organismes plus gros - larves d'insectes, escargots minuscules, etc. - devraient être évidents. Enregistrez les organismes observés et essayez de compter ou d'estimer leur nombre.

4. Cette expérience a une durée d'exécution flexible, de quelques jours à plusieurs semaines ou plus. Avec un certain nombre de copies, les modèles peuvent être récupérés et analysés quelques-uns à la fois, par exemple à des intervalles d'une semaine sur une période de 1 à 3 mois. Le nombre et la diversité des organismes adhérant aux pattes peuvent être tabulés pour les "canards" individuels et pour le groupe dans son ensemble. Ceux qui déploient plusieurs pieds de canard peuvent représenter graphiquement les résultats au fil du temps et/ou représenter graphiquement le rendement de différents matériaux de pied. Certains matériaux attirent-ils mieux les colons ? Le type ou l'abondance des organismes varie-t-il selon les matériaux, différents matériaux étant plus riches dans différents groupes ?

Extrait du livre Darwin's Backyard de James T. Costa. © 2017 par James T. Costa. Utilisé avec la permission de l'éditeur, WW Norton & Company, Inc. Tous droits réservés.

James Costa est l'auteur de "Darwin's Backyard: How Small Experiments Led to a Big Theory" (WW Norton & Company, 2017). Il est également directeur de la station biologique des Highlands et professeur de biologie à la Western Carolina University. Il est basé à Cullowhee, en Caroline du Nord.