L’arbre généalogique du Cannabis : Cannabaceae et phylogénie

Le monde parfois confus de la taxonomie aide les botanistes à mieux comprendre le monde phylogénétique d’une plante. Dans cet article nous découvrons la phylogénie (liens évolutionnaires) du cannabis et de son évolution au sein de la famille Cannabaceae. Nous évoquons les ancêtres du cannabis et les proches et les autres membres de la famille Cannabaceae.

Le fait de catégoriser et de cataloguer des milliards de sortes de plantes qui ont existées depuis la création de notre planète est une tâche gigantesque et aussi énormément complexe. Avant le développement des tests génétiques, la seule façon d’attribuer aux plantes la correcte taxonomie se faisait sur base de leurs ressemblances apparentes.    

Suite au développement de l’étude de la phylogénie (le lien évolutionnaire entre groupes d’organismes), nous avons actuellement une base solide qui nous permet de classifier les plantes selon leur ressemblances génétiques. Ceci ne signifie pas pour autant que cette approche ne suscite plus de problèmes pour mener à bonne fin cette tâche complexe.

Cannabis au sein du système cladistique

Nous pouvons toutefois déjà commencer par classifier les plants selon le système cladistique. Le système cladistique fonctionne sur base de la présence d’un seul ancêtre commun. De cette façon chaque clade (branche) de l’arbre phylogénétique contient les descendants d’un seul ancêtre commun. Toutes les plantes ayant le même ancêtre commun portent la dénomination monophylétique.  

Selon le Système d’Information Intégré Taxonomique Intégré (SITI), la variété Cannabis sativa L. appartient au genre Cannabis qui à son tour appartient à la famille des Cannabaceae. La famille des Cannabaceae, ensemble avec 3 autres familles forment le sous-ordre (informel), les Urticalean rosids, de l’ordre des Rosales. Ensemble avec les Urticalean rosids, encore 5 autres familles appartiennent à l’ordre des Rosaceae (Roos), c’est-à-dire entre autres les Rosaceae (Roos) et les Rhamnaceae (nerprun).

Le monde complexe et confus de la taxonomie des plantes

L’ordre des Rosales appartient à la sous-classe informelle (ou super-ordre) des Rosanea (ou des Rosidae), un clade gigantesque qui contient près d’un ¼ de toutes les plantes florissantes. Ces ‘rosids’ appartiennent à la classe des Magnoliopsida ou Eudicot, qui fait à son tour partie de l’infra-classe des Angiospermae. A leur tour elles appartiennent au sous-ordre des Spermatophytina, de l’ordre des Tracheophyta, du règne des Streptophyta ou Embryophyta (plantes terrestres) du règne Viridiplantae (plantes vertes).

La tribu des Viridiplantae contient aussi bien des algues vertes que toutes les plantes terrestres. Ensemble avec la tribu des Rhodophyta (algues rouges) et les Glaucophytes (des micro algues d’eau douce), ils forment le règne des Archaeplastida aussi connu comme Plantae sensu lato – ce qui signifie autant que « plantes au sens large du mot”.

La question si l’Archaeplastida est en fait un clade supérieur qui est composé des règnes de Viridiplantae etc. est plutôt controversée.

Les caractéristiques des divers taxa

Les Archaeplastida contiennent toutes des choroplastes, qui produisent de l’énergie par la photosynthèse ; en outre les cellules chloroplastes des archaeplastida partagent des structures communes, souvent enrobées par seulement deux membranes.

Les Viridiplantae se distinguent des autres tribus dans le clade des Archaeplastida parce qu’elles produisent aussi bien de la chlorophylle a que b, ce qui fournit leur couleur verte habituelle; Rhodophyta et Glaucophytes ne produisent que de la chlorophylle a.

Les Embryophyta comprennent toutes les plantes terrestres et on suppose qu’elles se sont détachées il y a environ 540 millions années des algues vertes.

Les Tracheophyta, ou plantes vasculaires, contiennent du tissu fibreux assurant la conduite d’eau et de minéraux, et comprennent aussi bien les mousses, les fougères que les plantes florissantes . Les Spermatophytina sont des plantes vasculaires produisant des graines  et on suppose qu’elles se sont détachées il y a environ 319 millions années de plantes non porteuses de graines.

Les Angiospermae sont classifiées par leur caractère commun de porter des graines qui sont enrobées par des structures protectrices; elles portent toutes des fleurs, produisant ultérieurement le fruit contenant les graines et elles apparaissaient il y a environ 192 million d’années sur la scène des fossils. Les Eudicotylédones sont des Angiospermes à partir desquelles croissent des feuilles embryonnaires et ceci contrairement aux Monocotyledonae qui ne produisent qu’une feuille. Les Eudicotylédones manifestent également une structure particulière composée de 3 cannelures sur le grain de pollen.

Le super-ordre des Rosidae et la famille des Rosaceae

On pense que les Rosidae sont apparues il y a 118-121 millions d’années sur scène – et elles sont souvent caractérisées par leurs remarquables fleurs -, les Urticalean rosids sont les exceptions remarquables à la règle. Des études ont démontré que le développement évolutionnaire récent font pencher les plantes vers des fleurs moins visibles à fur et à mesure que la fécondation par le vent se manifestait. L’ordre des Rosales comprend une variété gigantesque d’arbres à feuillage persistant et caduque, d’arbustes, de plantes grimpantes et d’herbes: la famille des Rosaceae par exemple comprend à elle seule une variété incroyable d’espèces importantes telles que la pêche, la pomme, la fraise, l’amande et bien sûr la rose.

Les Urticalean rosids relativement récents

Les Urticalean rosids, dont on pense qu’elles sont de récentes embranchements de l’arbre phylogénétique, sont souvent caractérisées par leurs fleurs discrètes et souvent unisexes (néanmoins les fleurs de l’orme sont souvent bisexuelles). Ainsi que chez les Cannabaceae, les Urticales appartiennent aux familles des Urticeae (micocoulier), des Ulmaceae (l’orme) et des Moraceae (mûrier ou figue). Les fleurs mâles sont discrètes et n’ont pas de pétales mais uniquement de petits sépales: les ovaires femelles contiennent une ovule et produisent une graine.

La morphologie et la biogéographie des Urticalean rosids est très variée et elles sont développées quelques remarquables changements. La fécondations des plantes se fait en général par le vent, néanmoins plusieurs membres de la famille Moraceae sont fécondés par des insectes. Plusieurs variétés au sein de la famille des orties possèdes l’unique caractéristique d’envoyer des pollen de façon explosive avec le vent. Le fruit peut être des achènesdurs et secs tels que le cannabis; des fruits à noyau charnus tels que les arbres à ortie; des synconiums charnus, unique pour les figues; ou des grappes telles que chez le mûrier. Intéressant à savoir est qu’on pense que les différentes variétés de mûriers possèdent de légers effets hallucinogènes et qu’on peut extraire de son écorce des fibres de haute qualité.

La classification confuse de la famille des Cannabaceae

La famille des Cannabaceae  possède environ 170 membres possèdent certaines caractéristiques qui permettent de les distinguer des Urticales. La preuve ADN a démontrée qu’ils sont néanmoins tous reliés où certainement le humulus (les variétés houblon) et le cannabis démontrent clairement des ressemblances en ce qui concerne leur structure florale. Tous deux possèdent des terpènes ce qui apporte l’arôme similaire mais le humulus est une plante grimpante et le cannabis est une herbe. La génération Celtis (micocoulier) dévie plus tôt : les variétés Celtis sont souvent de long arbres à feuilles caduques avec de feuilles simples, contrairement aux feuilles palmées composées caractéristiques du humulus et du cannabis. Les arbres Celtis ne sont que rarement dioïques et bien que leurs fleurs soient unisexuelles, on les trouves quand-même sur la même plante.  

Malgré les multiples différences, les fleurs mâles de nombreuses variétés de Celtis montrent une remarquable ressemblance à celles du cannabis. Autres ressemblances parmi les membres de la famille Cannabaceae sont entre autres les feuilles stipulaires (chez la cannabis les stipules sont les deux pousses au pied de chaque fleur) et les cystolithes ou les cellules de feuilles agrandies die contiennent des cristaux de carbonate de calcium.

Autres plantes de Cannabaceae signifiantes

Néanmoins, de façon générale on croit que seulement le Cannabis et le Humulus au sein de la famille des Cannabaceae ont une valeur commerciale, il y a d’autres variétés ayant une valeur plus importante dans les régions où ils apparaissent traditionnellement.

Certaines variétés de Celtis, telles que l’arbre sud-africain protégé C. Africana, sont cultivées pour le bois et comme plante d’ornement. C’est un arbre attractif, qui pousse vite et résistant au gèle et à la sècheresse. Son abondance en fleurs et ses fruits allongés et sucrés attirent une large variété de oiseaux et insectes vers le jardin.

C. sinensis en provenance de l’Asie de l’Est et le C. australis provenant de l’Europe du Sud sont cultivés pour les mêmes raisons en différents endroits.  

Trema orientalis, une variété bien présentée qui s’est répandue sur plusieurs régions à climat tropical ou tempéré en Afrique, en Asie et en Océanie, est abondamment utilisée. Beaucoup de populations indigènes font référence à cette variété comme “arbre à charbon de bois” parce que l’arbre est fréquemment utilisé pour la production de charbon de bois. Le bois brûle vite et facilement et il est d’ailleurs également utilisable pour la fabrication de papier et de pulpe parce que ses fibres ont une forte résistance à la traction.

Les fibres de l’écorce sont utilisées pour la fabrication de corde et de ficelle et les sèves émises peuvent être utilisées pour rendre les lignes de pêche étanches. On peut également en produire du fourrage. Il est également intéressant de savoir que le T. orientalis a plusieurs applications traditionnelles médicinales dont de multiples sont comparables à celles du Cannabis; On l’utilise comme remède contre la dysenterie, l’inflammation, le mal de gorge et l’asthme et il démontre également de résultats prometteurs dans des essais préparatifs comme stabilisateur de glycémie pour le diabète.

Aphananthe aspera, une variété d’Asie orientale aussi connu comme l’arbre Muku est très apprécié comme pièce décorative, traditionnellement utilisé dans les jardins chinois. A. aspera est également utilisé comme source de fibres et bois et ses feuilles sont utilisées comme du fin papier de ponçage pour polir le bois et d’autres objets similaires. Un très particulier A. aspera à sept troncs est repris sur la liste sud-coréenne des monuments naturels; on croit que cet exemplaire de 16 mètres a atteint l’âge de 300 ans.

Les cannabinoïdes n’existent seulement dans le cannabis?

La race de Cannabis est apparemment unique au sein de la famille des Cannabaceae parce qu’elle possède des cannabinoïdes. Néanmoins il existe des preuves qui suggèrent que les cannabimimétiques – des substances qui ressemblent aux cannabinoïdes – sont retrouvés dans diverses plantes, surtout dans les échinacée qui est un membre de la sous-classe Asterid et qu’il y a des millions d’années ces plantes se sont détournées du cannabis et ont pris leur propre chemin. Ceci peut prouver qu’il existait un système proto-cannabinoïde au sein d’un ancêtre commun des deux plantes, préalablement à la divergence des clades Rosid et Asterid il y a environ 126 millions d’années.  

En tenant compte de la connaissance actuelle, il n’existe actuellement pas d’autres variétés de plantes qui produisent du THC ou du CBD. Ces cannabinoïdes sont typiques pour les plantes de cannabis. Il y a des entreprises qui prétendent d’avoir réussi de produire du CBD provenant des sources telles que le limonène des agrumes et de l’écorce de plantes à feuillage toujours vert en Asie sud-est mais jusqu’à présent il n’existe aucune revue indépendante et scientifiquement fondée pouvant fonder ces propos.   

Il est plus qu’improbable que soudain sortant du rien une variété de plantes apparaisse contenant un système phytocannabinoïde fonctionnant parfaitement. C’est pourquoi on croit plutôt à la seule explication plausible de l’évolution progressive de systèmes cannabinoïdes complexes provenant de lignes plus rudimentaires. Des traces des premières variétés de Cannabaceae ont été retrouvées dans des fossiles datant du Crétacé  de plus de 93,5 millions d’années, mais il n’y a pas de preuves concrètes qui démontrent quand la race de Cannabis s’est séparée.

Le fait qu’aucune variété vivante et apparentée de cannabis puisse démontrer la preuve d’un système cannabinoïde, est surprenant. D’autre part, sachant que la recherche est constamment en train d’évoluer, il est plus que probable qu’on découvrira plus de plantes contenant des cannabinoïdes. Ceci implique également qu’il faudra réorganiser le système complexe et confus de la classification des plantes.

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