The history of vitis from their probable origins on Pangea to cultivated grape varieties: an example of resilience linked to species biodiversity

Abstract

The first forms of life on earth were bacteria and single-celled blue-green algae. They evolved into land plants around 500 million years ago, developing mechanisms for surviving on land, such as roots, stems and leaves. This evolution also led them to coexist with other organisms, such as insects and animals, for pollination and seed dispersal, as well as to resist environmental factors such as drought and disease. In 1912, alfred wegener demonstrated that the supercontinent pangea formed around 270 million years ago, only to break up around 70 million years later, giving rise to the continents we know today. Wegener based his theory on similarities in coastlines (a continental jigsaw puzzle effect) and the distribution of certain fossils. Vitis vinifera subsp. Sylvestris, the origin of most grape varieties, is found in europe and western Asia, while other vitis species have been recorded in north america and eastern asia. Vitis seeds dating back several tens of millions of years have been discovered in different parts of the world. This finding could support the hypothesis that the vitis genus has been present since the time of pangea, at least 80 to 120 million years ago.  Palaeoclimatology highlights a cycle of alternating long glacial periods and shorter periods of warming according to the milankovitch cycles. Variations in sea levels, and in particular submersion, may have led to the disappearance of plants of the vitis genus in certain regions of the world. During the last ice age, which began 115,000 years ago and ended 11,700 years ago, all vegetation, including vines, found refuge in less cold refuge areas, and sometimes in sectors with favourable microclimates (coasts, coastal valleys, etc.), these species then re-colonised their original geographical area when the climate warmed up, and some of them were gradually selected and spread by man, with the advent of agriculture (and winegrowing). When intercontinental transport by boat developed in the 19th century, the confrontation of vitis vinifera with parasites from the united states (mildew, powdery mildew) led to crises and, a little later, to the disappearance of vineyards with the appearance of phylloxera, which was overcome by cross-breeding with american species resistant to these parasites. This genetic diversity is now being used to develop new varieties that are resistant to fungal diseases and drought. The history of vitis evolution shows that each species has developed specific characteristics to adapt to local ecosystems, but not necessarily to resist invasive species from other wine-growing regions. Genetic diversity is therefore essential for the genetic improvement of the vine, particularly in the face of future climate change, which will have a significant impact on viticulture. This research would not be possible without an in-depth knowledge of the vitaceae family, from which man can draw to obtain the varieties best suited to his requirements. The history of vitis evolution teaches us that biodiversity is a crucial issue for mankind and must be preserved to ensure a sustainable future for future generations. The aim of this paper is to take stock of the studies and knowledge that trace the history of the vitis and to put into perspective its importance for viticulture and for the preservation of biodiversity worldwide.

La historia de vitis desde sus probables orígenes en Pangea hasta las variedades de uva cultivadas:  un ejemplo de resiliencia ligada a la biodiversidad de las especies

Las primeras formas de vida en la tierra fueron las bacterias y las algas unicelulares verde-azuladas. Evolucionaron hasta convertirse en plantas terrestres hace unos 500 millones de años, desarrollando mecanismos para sobrevivir en tierra, como raíces, tallos y hojas. Esta evolución también las llevó a coexistir con otros organismos, como insectos y animales, para la polinización y la dispersión de semillas, así como a resistir factores ambientales como la sequía y las enfermedades. En 1912, alfred wegener demostró que el supercontinente pangea se formó hace unos 270 millones de años, para romperse unos 70 millones de años después y dar lugar a los continentes que conocemos hoy. Wegener basó su teoría en las similitudes de las líneas costeras (un efecto de rompecabezas continental) y en la distribución de ciertos fósiles. Vitis vinifera subsp. Sylvestris, origen de la mayoría de las variedades de uva, se encuentra en europa y asia occidental, mientras que se han registrado otras especies de vitis en Norteamérica y Asia oriental. En distintas partes del mundo se han descubierto semillas de vitis que datan de varias decenas de millones de años. Este hallazgo podría apoyar la hipótesis de que el género vitis ha estado presente desde la época de pangea, hace al menos entre 80 y 120 millones de años.La paleoclimatología pone de relieve un ciclo de alternancia de largos periodos glaciares y periodos más cortos de calentamiento según los ciclos de milankovitch. Las variaciones del nivel del mar, y en particular la sumersión, pueden haber provocado la desaparición de las plantas del género vitis en algunas regiones del mundo debido a la sumersión. Durante la última glaciación, que comenzó hace 115.000 años y finalizó hace 11.700, toda la vegetación, incluida la vid, encontró refugio en zonas de refugio menos frías y, a veces, en sectores con microclimas favorables (costas, valles litorales, etc.), estas especies volvieron a colonizar su zona geográfica original cuando el clima se calentó, y algunas de ellas fueron seleccionadas y difundidas progresivamente por el hombre, con la llegada de la agricultura (y la viticultura). Cuando en el siglo xix se desarrolló el transporte intercontinental por barco, la confrontación de vitis vinifera con parásitos procedentes de estados unidos (mildiu, oídio) provocó crisis y, un poco más tarde, la desaparición de los viñedos con la aparición de la filoxera, que se superó mediante cruces con especies americanas resistentes a estos parásitos. Esta diversidad genética se utiliza ahora para desarrollar nuevas variedades resistentes a las enfermedades fúngicas y a la sequía. La historia de la evolución de vitis demuestra que cada especie ha desarrollado características específicas para adaptarse a los ecosistemas locales, pero no necesariamente para resistir a las especies invasoras procedentes de otras regiones vitícolas. La diversidad genética es, por tanto, esencial para la mejora genética de la vid, sobre todo de cara al futuro cambio climático, que tendrá un impacto significativo en la viticultura. Esta investigación no sería posible sin un conocimiento profundo de la familia vitaceae, de la que el hombre puede nutrirse para obtener las variedades más adaptadas a sus necesidades. La historia de la evolución de vitis nos enseña que la biodiversidad es una cuestión crucial para la humanidad y que debe preservarse para garantizar un futuro sostenible a las generaciones venideras.El objetivo de este artículo es hacer balance de los estudios y conocimientos que trazan la historia de la vitis y poner en perspectiva su importancia para la viticultura y para la preservación de la biodiversidad en todo el mundo.

Histoire des vitis depuis leurs origines probables sur la Pangée jusqu’aux cépages cultivés : un exemple de résilience liée à la biodiversité des espèces

Les premières formes de vie sur terre étaient des bactéries et des algues bleues unicellulaires. Elles ont évolué en plantes terrestres il y a environ 500 millions d’années, développant des mécanismes pour survivre sur la terre ferme, telles que des racines, des tiges et des feuilles. Cette évolution les a également amenées à coexister avec d’autres organismes, tels que les insectes et les animaux, pour la pollinisation et la dispersion des graines, ainsi que pour résister à des facteurs environnementaux tels que la sécheresse et les maladies. Alfred wegener en 1912, a démontré que le supercontinent pangée s’est formé il y a environ 270 millions d’années, pour se fragmenter environ 70 millions d’années plus tard, donnant naissance aux continents que nous connaissons aujourd’hui. Wegener s’appuyait notamment sur des similitudes dans le tracé des côtes  ( effet de puzzle des continents ) et la répartition de certains fossiles pour étayer sa théorie. Vitis vinifera subsp. Sylvestris, à l’origine de la plupart des cépages, est présent en europe et à l’ouest de l’asie, tandis que d’autres espèces de vitis sont répertoriées en amérique du nord et en asie orientale. Des pépins de vitis, datant de plusieurs dizaines de millions d’années, ont été découverts dans différentes régions du monde. Ce constat pourrait conforter l’hypothèse de la présence du genre vitis dès l’époque de la pangée, il y a au moins 80 à 120 millions d’années.  La paléoclimatologie souligne un cycle d’alternance entre de longues périodes glaciaires et de plus courtes périodes de réchauffement selon les cycles de milankovitch. La variation du niveau des mers et notamment la submersion a pu conduire à une disparition dans certaines régions du monde des plantes genre vitis par submersion. Au cours de la dernière glaciation, qui a débuté il y a 115 000 ans et s’est achevée il y a 11 700 ans, l’ensemble de la végétation, dont la vigne a trouvé refuge dans des zones refuges moins froides, et parfois dans des secteurs dotés de microclimats favorables (côtes, vallées côtières, falaises de moyenne montagne bien exposées), à partir desquels ces espèces ont à nouveau colonisé leur aire géographique initiale lorsque le climat s’est réchauffé, avec pour certaines d’entre elles progressivement une sélection et une diffusion anthropique avec naissance de l’agriculture (et de la viticulture). Lorsque les moyens de transport intercontinental par bateau se sont développés au 19e siècle, la confrontation des vitis vinifera avec des parasites issus des états-unis (mildiou, oïdium,) ont été à l’origine de crises et un peu plus tard à la disparition des vignobles avec l’apparition du phylloxéra, qui a été surmontée par des croisements avec les espèces américaines résistants à ces parasites. Cette diversité génétique est maintenant utilisée pour développer une évolution des cépages pour notamment créer de nouvelles variétés résistantes aux maladies fongiques et à la sècheresse. L’histoire de l’évolution des vitis souligne que chaque espèce a développé des caractéristiques spécifiques pour s’adapter aux écosystèmes locaux, mais sans nécessairement résister à des espèces invasives d’autres régions viticoles. Ainsi la diversité génétique est essentielle pour l’amélioration génétique de la vigne, notamment face aux changements climatiques à venir, qui auront des impacts significatifs sur la viticulture. Ce travail de recherche ne pourrait se faire sans une connaissance approfondie de la famille des vitacées, à partir de laquelle l’homme peut puiser pour obtenir les variétés les mieux adaptées à ses exigences. L’histoire de l’évolution des vitis nous enseigne que la biodiversité est un enjeu crucial pour l’humanité et doit être préservée pour garantir un avenir durable pour les générations futures.  La communication a pour objectif de recenser les études et connaissances qui retracent l’histoire des vitis et de mettre en perspective son intérêt pour la viticulture ainsi que pour la préservation de la biodiversité au niveau planétaire.