Les plantes répandent leurs graines de toutes sortes de manières, mais rares sont celles qui le font de manière aussi explosive que le concombre de printemps. La dispersion miraculeuse des graines de cette plante méditerranéenne (Ecballium elaterium) décrit par Pline l’Ancien. Les fruits du concombre éjectent leurs graines sous haute pression dans un jet d’eau. Cela permet à l’espèce de propager ses graines jusqu’à plusieurs mètres, soit deux mille fois la longueur des graines.
Cependant, le mécanisme derrière cette technique n’a pas été bien décrit. Une équipe affiliée aux universités de Manchester et d’Oxford en parle désormais dans le PNAS. Ils ont abordé la dispersion des graines de différentes manières : mathématique, physique, botanique et biologique.
Les scientifiques ont observé le développement des fruits à l’aide de caméras accélérées et à grande vitesse. Cela leur a permis d’enregistrer à la fois le développement (lent) des fruits dans les jours précédant l’explosion, ainsi que l’explosion (rapide) elle-même, jusqu’à quatre-vingt-six mille images par seconde. Ils ont également mesuré la longueur, la forme et la masse des tiges, des fruits et des graines. Sur ces données, l’équipe a basé plusieurs modèles mathématiques qui décrivent la mécanique derrière la pression, la balistique de la graine lancée et la rotation du fruit qui tombe.
Dans leur analyse, les scientifiques identifient quatre ingrédients principaux qui contribuent à la dispersion des graines de Ecballium. Tout d’abord, un liquide aqueux présent dans le fruit crée une pression dans les semaines précédant l’explosion, ce qu’on appelle la pression de turgescence. Dans les jours précédant le lancement, une partie du liquide est pompée dans la tige. Cela devient plus rigide et transforme le fruit suspendu en une position horizontale idéale.
S’ensuit ensuite l’explosion, créant un trou où la tige se sépare du fruit. Dans les premières centaines de microsecondes après la prise, le fruit est encore partiellement relié à la tige, ce qui entraîne une rotation du fruit autour de son propre axe. Finalement, le fruit éjecte ses graines en un seul jet à travers le trou résultant, la vitesse des graines (jusqu’à plus de 15 mètres par seconde) diminue tandis que l’angle du fruit s’accentue suite à la rotation. En optimisant l’angle de lancement, les graines les plus lentes finissent toujours loin de la plante mère. En moyenne, les graines du concombre de printemps atterrissent entre quatre et douze mètres de la plante mère.
Les variations de cette forme de dispersion sont plus courantes dans les groupes végétaux plus primitifs, tels que les mousses et les fougères. Les champignons utilisent fréquemment de tels systèmes pour propager leurs spores. Cependant, on le trouve rarement dans les plantes à fleurs comme le concombre de printemps.
En revanche, les autres mécanismes par lesquels les plantes lancent leurs graines sont nombreux. Des exemples d’espèces végétales hollandaises communes qui projettent leurs graines sont l’oseille des bois (Oxalis corniculé), une plante de trottoir et des graines sautantes (Impatiente) qui est courant dans les forêts. En touchant des fruits mûrs, vous pouvez voir les graines elles-mêmes s’envoler.