Introduction à la mycologie

Historiquement, les naturalistes ont d'abord classé les champignons comme un type de plante mystérieuse qui n'avait pas besoin de lumière du soleil et pouvait pousser presque miraculeusement du jour au lendemain. Jusqu'à récemment, la plupart des recherches mycologiques étaient hébergées dans des départements de botanique et de nombreux termes utilisés pour les champignons sont empruntés à la botanique, tels que « rhizomorphe », « tige », « germer », « végétatif » et « corps fructifère ».

Au fil des ans, les chercheurs ont réalisé à quel point les champignons étaient différents des plantes, et en 1969, les scientifiques ont élevé les champignons à leur propre règne. Le règne fongique est distinct des plantes et des animaux et est en fait plus étroitement lié aux animaux qu'aux plantes. D'une certaine manière, cette histoire est symbolique du peu que nous savons sur les champignons et de la jeunesse du domaine de la mycologie moderne. Le champignon que vous trouvez dans les bois pourrait être nouveau pour la science, et nous sommes encore en train de découvrir comment cultiver la grande majorité des espèces de champignons comestibles.

Les champignons, les plantes et les animaux sont tous des organismes classés comme eucaryotes, ce qui signifie que leurs informations génétiques sont stockées dans un noyau lié à une membrane à l'intérieur de leurs cellules. Les trois règnes peuvent être comparés en fonction de leur structure cellulaire, de leur mode d'obtention de nourriture et de leurs stratégies de cycle de vie et de reproduction. En réponse aux stimuli, les champignons et les animaux ont plus en commun que les plantes, car ils peuvent se déplacer dans leur environnement tandis que les plantes, étant généralement fixées à un seul endroit, doivent croître physiquement pour s'y déplacer.

Les cellules végétales contiennent des organites spécialisés appelés chloroplastes qui recueillent l'énergie du soleil pour créer du sucre dans un processus appelé photosynthèse. Cela permet aux plantes de produire leur propre énergie, ce qui les rend autotrophes. Les champignons et les animaux n'ont pas de chloroplastes, bien que certaines espèces puissent incorporer des algues vertes photosynthétiques ou des cyanobactéries dans leur corps pour les aider à obtenir de l'énergie. Généralement, cependant, les animaux et les champignons n'ont pas la capacité de fabriquer leur propre nourriture et doivent consommer d'autres organismes pour obtenir leur énergie. C'est ce qu'on appelle être hétérotrophe.

Bien que les champignons et les animaux soient hétérotrophes, les animaux ingèrent d'autres organismes puis les digèrent, ce qui signifie qu'ils introduisent la nourriture dans leur corps avant la digestion. Les champignons, en revanche, digèrent puis ingèrent leur nourriture en la traversant, en sécrétant des enzymes digestives à l'extérieur de leur corps et en absorbant les composés et nutriments digérés.

Les animaux et les plantes ont des systèmes vasculaires pour transporter les fluides et les nutriments. Les animaux ont des systèmes circulatoires tandis que les plantes utilisent des cellules spécialisées de xylème et de phloème. Les champignons n'ont pas de tissu spécialisé pour le transport et dépendent du flux entre les cellules pour déplacer les fluides et les nutriments.

Les champignons, les plantes et les animaux sont intégrés dans un réseau alimentaire mondial complexe de relations prédateur-proie. Alors que la plupart des champignons sont saprophytes (ils tirent leur énergie de la consommation de matière organique morte ou en décomposition), il existe également des champignons prédateurs et parasites qui peuvent nuire à d'autres espèces de champignons, de plantes et d'animaux. Par exemple, certains champignons sécrètent des composés adhésifs afin de capturer des nématodes pour se nourrir.

Les trois règnes peuvent être séparés par leurs cycles de vie et leur reproduction. Les animaux et les plantes peuvent se reproduire à la fois sexuellement, par la fusion d'un spermatozoïde et d'un ovule, et asexuellement par bourgeonnement et reproduction végétative à partir d'un seul parent. Parmi les champignons, il n'y a pas d'individus mâles et femelles, ni d'ovules et de spermatozoïdes. Différents types d'accouplement et souches compatibles se trouvent et fusionnent pour créer de nouveaux champignons individuels. Une alternance de générations existe dans le cycle de vie des champignons, permettant l'existence d'individus avec la moitié des informations génétiques nécessaires pour créer un nouvel individu. Une autre caractéristique des champignons est qu'ils produisent des spores. Ce sont des cellules uniques qui sont souvent dispersées dans l'air (mais pas toujours) et qui sont capables de se développer en un individu sans avoir besoin de fusion. Les animaux n'utilisent pas de spores et seules certaines variétés de plantes, comme les fougères, produisent des spores pour la dispersion.

En tant que décomposeurs, les champignons jouent un rôle essentiel dans le cycle des nutriments, en particulier dans les écosystèmes terrestres où de nombreux habitats que nous connaissons aujourd'hui n'existeraient pas sans eux. De nombreuses espèces forment des relations étroites avec d'autres organismes, tels que les champignons mycorhiziens ou endophytes que l'on trouve en association étroite avec 80 à 90 % de toutes les plantes vertes sur Terre. Les agents pathogènes fongiques peuvent également avoir des impacts négatifs profonds sur les écosystèmes, de nombreuses disparitions récentes d'espèces étant dues à des champignons, comme le chancre du châtaignier, le syndrome du nez blanc chez les chauves-souris et la chytridiomycose chez les grenouilles. Voir Fig. 4. Cette vaste diversité est rendue possible grâce aux attributs uniques des hyphes fongiques.

Fig. 4 : (De gauche à droite) : Le chancre du châtaignier, le syndrome du nez blanc chez la chauve-souris et la chytridiomycose chez la grenouille.
Crédit photo (de gauche à droite) : U.S. Fish and Wildlife Services - Marvin Moriarity, Claudette Hoffman et Jonathan E. Kolby

Les hyphes fongiques possèdent de nombreuses structures identiques à celles des cellules végétales et animales, notamment un cytoplasme (le liquide gélatineux qui remplit l'intérieur d'une cellule), une membrane cellulaire (la structure semi-perméable régulant le flux des contenus entrant et sortant de la cellule), les mitochondries qui produisent la majeure partie de l'énergie cellulaire, l'appareil de Golgi qui facilite l'empaquetage et le mouvement des contenus et enzymes cellulaires, et le noyau qui abrite le matériel génétique de la cellule. Les cellules fongiques sont uniques en ce qu'elles présentent un agrégat dense de vésicules à l'extrémité de l'hyphe en croissance, appelé Spitzenkörper, terme allemand signifiant « corps pointu ». Au fur et à mesure que l'hyphe croît, les vésicules migrent vers l'extrémité, fusionnent avec la membrane cellulaire et libèrent des enzymes digestives dans l'environnement. Ce processus répété de dépôt d'enzymes dans l'environnement, d'ajout de membrane à l'extrémité de l'hyphe et de création d'espace devant l'hyphe en croissance confère au mycélium sa capacité unique à se déplacer à travers sa nourriture, digérant à l'extérieur puis ramenant les contenus digérés à l'intérieur. Voir Fig. 5.

Fig. 5 : À mesure que l'hyphe croît, les vésicules migrent vers l'extrémité, fusionnant avec la membrane cellulaire et libérant des enzymes digestives dans l'environnement.

Un cycle de vie est défini comme une série de changements qu'une espèce subit depuis le début de sa vie jusqu'à la reproduction de la génération suivante. Les champignons sont uniques et complexes à cet égard, car ils ont la capacité d'alterner entre des organismes avec un matériel génétique variable. Le champignon Shiitake familier (Lentinula edodes) peut servir de modèle utile pour l'anatomie reproductive de base d'une espèce au sein des Basidiomycètes, le groupe contenant la majorité des grands champignons charnus. Voir Fig. 6. Pour rappel, la partie Shiitake du cycle de vie est analogue à une pomme sur un pommier. Le but d'une pomme est de répandre des graines et de créer la génération suivante, mais la partie principale du cycle de vie qui continue de croître année après année est l'arbre lui-même. De même chez les champignons, le champignon Shiitake lui-même a pour seul but de produire et de disperser les spores tandis que la partie prédominante du cycle de vie qui croît année après année est le mycélium.

Le sommet du champignon est appelé le chapeau, ou pileus, et est soutenu par la tige, ou stipe. Sous le chapeau se trouve la surface sporifère du champignon, appelée l'hyménium. Les Shiitakes ont des lamelles, tandis que d'autres espèces ont des pores, des aiguillons ou sont lisses, mais toutes fonctionnent pour augmenter la surface sur laquelle les spores peuvent être produites. Un seul champignon peut générer jusqu'à un milliard de spores chaque jour, certaines espèces éjectant des spores à une vitesse record de 1,8 mètre par seconde. Avec un éventail de méthodes, le résultat final est le même : libérer des spores dans l'environnement qui germent ensuite et trouvent un partenaire approprié avec lequel recommencer le processus.

À ce stade de son cycle de vie, les innombrables spores de Shiitake et les hyphes qu'elles produisent sont considérées comme haploïdes et monocaryotiques, ce qui signifie qu'elles contiennent la moitié du matériel génétique nécessaire pour compléter leur cycle de vie. C'est le stade le plus court et il dure une semaine ou deux. Une fois qu'un partenaire approprié est rencontré, les deux hyphes haploïdes fusionnent pour créer un mycélium dicaryotique ou dicaryon qui possède maintenant tout le matériel génétique nécessaire pour produire un champignon. Ce stade du cycle de vie est unique aux champignons car, même si les contenus cellulaires fusionnent, les noyaux ne le font pas et restent séparés au sein de leur cytoplasme fusionné. Une fois que le dicaryon a accumulé suffisamment de nutriments et que les conditions environnementales sont favorables, il produira des sporophores afin de libérer des spores.

Le long de l'hyménium, ou des lamelles sporifères du champignon Shiitake, chaque brin de mycélium se termine par une cellule spécialisée appelée baside. C'est dans cette cellule que les deux noyaux séparés fusionnent pour produire un zygote diploïde, qui se divise ensuite immédiatement en quatre nouvelles spores haploïdes qui sont ensuite libérées dans l'environnement. Il est intéressant de noter que chez la plupart des champignons, le zygote est la seule cellule de tout le cycle de vie à être diploïde, alors que de nombreux animaux, y compris les humains, passent tout leur cycle de vie en tant qu'organisme diploïde.

Nous espérons que ces connaissances fondamentales sur l'histoire de la mycologie, les différences entre les champignons et les autres règnes, la structure unique des hyphes fongiques et le cycle de vie des champignons ne sont que le début de vos recherches mycologiques. Dans les futurs articles, nous détaillerons d'autres aspects uniques de la biologie, de l'écologie, de la culture et de la chimie des champignons, alors restez à l'écoute de notre blog et de notre newsletter pour plus d'informations.

Historiquement, les naturalistes ont d'abord classé les champignons comme un type de plante mystérieuse qui n'avait pas besoin de lumière du soleil et pouvait pousser presque miraculeusement du jour au lendemain. Jusqu'à récemment, la plupart des recherches mycologiques étaient hébergées dans des départements de botanique et de nombreux termes utilisés pour les champignons sont empruntés à la botanique, tels que « rhizomorphe », « tige », « germer », « végétatif » et « corps fructifère ».

Au fil des ans, les chercheurs ont réalisé à quel point les champignons étaient différents des plantes, et en 1969, les scientifiques ont élevé les champignons à leur propre règne. Le règne fongique est distinct des plantes et des animaux et est en fait plus étroitement lié aux animaux qu'aux plantes. D'une certaine manière, cette histoire est symbolique du peu que nous savons sur les champignons et de la jeunesse du domaine de la mycologie moderne. Le champignon que vous trouvez dans les bois pourrait être nouveau pour la science, et nous sommes encore en train de découvrir comment cultiver la grande majorité des espèces de champignons comestibles.

Les champignons, les plantes et les animaux sont tous des organismes classés comme eucaryotes, ce qui signifie que leurs informations génétiques sont stockées dans un noyau lié à une membrane à l'intérieur de leurs cellules. Les trois règnes peuvent être comparés en fonction de leur structure cellulaire, de leur mode d'obtention de nourriture et de leurs stratégies de cycle de vie et de reproduction. En réponse aux stimuli, les champignons et les animaux ont plus en commun que les plantes, car ils peuvent se déplacer dans leur environnement tandis que les plantes, étant généralement fixées à un seul endroit, doivent croître physiquement pour s'y déplacer.

Les cellules végétales contiennent des organites spécialisés appelés chloroplastes qui recueillent l'énergie du soleil pour créer du sucre dans un processus appelé photosynthèse. Cela permet aux plantes de produire leur propre énergie, ce qui les rend autotrophes. Les champignons et les animaux n'ont pas de chloroplastes, bien que certaines espèces puissent incorporer des algues vertes photosynthétiques ou des cyanobactéries dans leur corps pour les aider à obtenir de l'énergie. Généralement, cependant, les animaux et les champignons n'ont pas la capacité de fabriquer leur propre nourriture et doivent consommer d'autres organismes pour obtenir leur énergie. C'est ce qu'on appelle être hétérotrophe.

Bien que les champignons et les animaux soient hétérotrophes, les animaux ingèrent d'autres organismes puis les digèrent, ce qui signifie qu'ils introduisent la nourriture dans leur corps avant la digestion. Les champignons, en revanche, digèrent puis ingèrent leur nourriture en la traversant, en sécrétant des enzymes digestives à l'extérieur de leur corps et en absorbant les composés et nutriments digérés.

Les animaux et les plantes ont des systèmes vasculaires pour transporter les fluides et les nutriments. Les animaux ont des systèmes circulatoires tandis que les plantes utilisent des cellules spécialisées de xylème et de phloème. Les champignons n'ont pas de tissu spécialisé pour le transport et dépendent du flux entre les cellules pour déplacer les fluides et les nutriments.

Les champignons, les plantes et les animaux sont intégrés dans un réseau alimentaire mondial complexe de relations prédateur-proie. Alors que la plupart des champignons sont saprophytes (ils tirent leur énergie de la consommation de matière organique morte ou en décomposition), il existe également des champignons prédateurs et parasites qui peuvent nuire à d'autres espèces de champignons, de plantes et d'animaux. Par exemple, certains champignons sécrètent des composés adhésifs afin de capturer des nématodes pour se nourrir.

Les trois règnes peuvent être séparés par leurs cycles de vie et leur reproduction. Les animaux et les plantes peuvent se reproduire à la fois sexuellement, par la fusion d'un spermatozoïde et d'un ovule, et asexuellement par bourgeonnement et reproduction végétative à partir d'un seul parent. Parmi les champignons, il n'y a pas d'individus mâles et femelles, ni d'ovules et de spermatozoïdes. Différents types d'accouplement et souches compatibles se trouvent et fusionnent pour créer de nouveaux champignons individuels. Une alternance de générations existe dans le cycle de vie des champignons, permettant l'existence d'individus avec la moitié des informations génétiques nécessaires pour créer un nouvel individu. Une autre caractéristique des champignons est qu'ils produisent des spores. Ce sont des cellules uniques qui sont souvent dispersées dans l'air (mais pas toujours) et qui sont capables de se développer en un individu sans avoir besoin de fusion. Les animaux n'utilisent pas de spores et seules certaines variétés de plantes, comme les fougères, produisent des spores pour la dispersion.

En tant que décomposeurs, les champignons jouent un rôle essentiel dans le cycle des nutriments, en particulier dans les écosystèmes terrestres où de nombreux habitats que nous connaissons aujourd'hui n'existeraient pas sans eux. De nombreuses espèces forment des relations étroites avec d'autres organismes, tels que les champignons mycorhiziens ou endophytes que l'on trouve en association étroite avec 80 à 90 % de toutes les plantes vertes sur Terre. Les agents pathogènes fongiques peuvent également avoir des impacts négatifs profonds sur les écosystèmes, de nombreuses disparitions récentes d'espèces étant dues à des champignons, comme le chancre du châtaignier, le syndrome du nez blanc chez les chauves-souris et la chytridiomycose chez les grenouilles. Voir Fig. 4. Cette vaste diversité est rendue possible grâce aux attributs uniques des hyphes fongiques.

Fig. 4 : (De gauche à droite) : Le chancre du châtaignier, le syndrome du nez blanc chez la chauve-souris et la chytridiomycose chez la grenouille.
Crédit photo (de gauche à droite) : U.S. Fish and Wildlife Services - Marvin Moriarity, Claudette Hoffman et Jonathan E. Kolby

Les hyphes fongiques possèdent de nombreuses structures identiques à celles des cellules végétales et animales, notamment un cytoplasme (le liquide gélatineux qui remplit l'intérieur d'une cellule), une membrane cellulaire (la structure semi-perméable régulant le flux des contenus entrant et sortant de la cellule), les mitochondries qui produisent la majeure partie de l'énergie cellulaire, l'appareil de Golgi qui facilite l'empaquetage et le mouvement des contenus et enzymes cellulaires, et le noyau qui abrite le matériel génétique de la cellule. Les cellules fongiques sont uniques en ce qu'elles présentent un agrégat dense de vésicules à l'extrémité de l'hyphe en croissance, appelé Spitzenkörper, terme allemand signifiant « corps pointu ». Au fur et à mesure que l'hyphe croît, les vésicules migrent vers l'extrémité, fusionnent avec la membrane cellulaire et libèrent des enzymes digestives dans l'environnement. Ce processus répété de dépôt d'enzymes dans l'environnement, d'ajout de membrane à l'extrémité de l'hyphe et de création d'espace devant l'hyphe en croissance confère au mycélium sa capacité unique à se déplacer à travers sa nourriture, digérant à l'extérieur puis ramenant les contenus digérés à l'intérieur. Voir Fig. 5.

Fig. 5 : À mesure que l'hyphe croît, les vésicules migrent vers l'extrémité, fusionnant avec la membrane cellulaire et libérant des enzymes digestives dans l'environnement.

Un cycle de vie est défini comme une série de changements qu'une espèce subit depuis le début de sa vie jusqu'à la reproduction de la génération suivante. Les champignons sont uniques et complexes à cet égard, car ils ont la capacité d'alterner entre des organismes avec un matériel génétique variable. Le champignon Shiitake familier (Lentinula edodes) peut servir de modèle utile pour l'anatomie reproductive de base d'une espèce au sein des Basidiomycètes, le groupe contenant la majorité des grands champignons charnus. Voir Fig. 6. Pour rappel, la partie Shiitake du cycle de vie est analogue à une pomme sur un pommier. Le but d'une pomme est de répandre des graines et de créer la génération suivante, mais la partie principale du cycle de vie qui continue de croître année après année est l'arbre lui-même. De même chez les champignons, le champignon Shiitake lui-même a pour seul but de produire et de disperser les spores tandis que la partie prédominante du cycle de vie qui croît année après année est le mycélium.

Le sommet du champignon est appelé le chapeau, ou pileus, et est soutenu par la tige, ou stipe. Sous le chapeau se trouve la surface sporifère du champignon, appelée l'hyménium. Les Shiitakes ont des lamelles, tandis que d'autres espèces ont des pores, des aiguillons ou sont lisses, mais toutes fonctionnent pour augmenter la surface sur laquelle les spores peuvent être produites. Un seul champignon peut générer jusqu'à un milliard de spores chaque jour, certaines espèces éjectant des spores à une vitesse record de 1,8 mètre par seconde. Avec un éventail de méthodes, le résultat final est le même : libérer des spores dans l'environnement qui germent ensuite et trouvent un partenaire approprié avec lequel recommencer le processus.

À ce stade de son cycle de vie, les innombrables spores de Shiitake et les hyphes qu'elles produisent sont considérées comme haploïdes et monocaryotiques, ce qui signifie qu'elles contiennent la moitié du matériel génétique nécessaire pour compléter leur cycle de vie. C'est le stade le plus court et il dure une semaine ou deux. Une fois qu'un partenaire approprié est rencontré, les deux hyphes haploïdes fusionnent pour créer un mycélium dicaryotique ou dicaryon qui possède maintenant tout le matériel génétique nécessaire pour produire un champignon. Ce stade du cycle de vie est unique aux champignons car, même si les contenus cellulaires fusionnent, les noyaux ne le font pas et restent séparés au sein de leur cytoplasme fusionné. Une fois que le dicaryon a accumulé suffisamment de nutriments et que les conditions environnementales sont favorables, il produira des sporophores afin de libérer des spores.

Le long de l'hyménium, ou des lamelles sporifères du champignon Shiitake, chaque brin de mycélium se termine par une cellule spécialisée appelée baside. C'est dans cette cellule que les deux noyaux séparés fusionnent pour produire un zygote diploïde, qui se divise ensuite immédiatement en quatre nouvelles spores haploïdes qui sont ensuite libérées dans l'environnement. Il est intéressant de noter que chez la plupart des champignons, le zygote est la seule cellule de tout le cycle de vie à être diploïde, alors que de nombreux animaux, y compris les humains, passent tout leur cycle de vie en tant qu'organisme diploïde.

Nous espérons que ces connaissances fondamentales sur l'histoire de la mycologie, les différences entre les champignons et les autres règnes, la structure unique des hyphes fongiques et le cycle de vie des champignons ne sont que le début de vos recherches mycologiques. Dans les futurs articles, nous détaillerons d'autres aspects uniques de la biologie, de l'écologie, de la culture et de la chimie des champignons, alors restez à l'écoute de notre blog et de notre newsletter pour plus d'informations.