Les échinodermes: Sans queue ni tête…

       Il y a plusieurs semaines, je vous présentais Colobocentrotus atratus, un oursin dont les épines aplaties forment une sorte d’armure. Aujourd’hui je vais revenir un peu sur le même thème en vous parlant du grand groupe phylogénétique auquel appartiennent les oursins et leurs proches parents: les échinodermes. On compte environ 6000 espèces d’échinodermes actuels réparties en 5 branches principales: Les Échinides (oursins), les Holothurides (concombres de mer), les Ophiurides, les Astérides (étoiles de mer) et les Crinoïdes. Compte tenu de leur apparence et de leur milieu de vie, on serait tenté de classer toutes ces charmantes bêtes dans le groupe très scientifique des Fruidmères, au côté des crabes (arthropodes) et des moules (mollusques) entre autres. Pourtant il n’en est rien. Les plus proches parents des échinodermes sont les vers entéropneuses (une des nombreuses classes de vers en forme de b..e qui hab..e notre belle planète), suivis de près par les chordés parmi lesquels on trouve quelques vertébrés-mammifère-primates. Que vous le vouliez ou non, vous êtes dont nettement plus proche d’un concombre de mer ou d’un crinoïde que d’un poulpe, dont on nous vante pourtant si souvent l’intelligence « quasi presque comparable à la notre ».

Arbre-echinodermes
Voilà pour la petite photo de famille. J’ai volontairement laissé un râteau à trois branches car je n’ai pas trouvé de réel consensus sur cette phylogénie. Selon une première hypothèse les ophiures et les étoiles de mer seraient groupées ensemble et selon une seconde, les ophiures seraient groupées avec le couple oursins+holothuries et les étoiles de mer seraient toutes seules dans leur coin. Au passage ça vous montre aussi l’avancement du Projet Pixel-art (avec une mise à jour de l’article éponges).

Pour en revenir aux échinodermes, le groupe tire son nom de deux racines grecques, echínos qui signifie “épine” (également à l’origine du nom Échidné) et dérma la peau. La présence d’épines sous la peau est caractéristique mais, hormis chez les oursins, celles-ci ne sont que rarement visibles car de petite taille. Une autre spécificité des échinodermes est leur plan d’organisation, en particulier leur symétrie, qui retourne le cerveau des biologistes depuis quelques décennies. Mais pour bien comprendre le fond du problème, un petit topo géométrique est nécessaire.

Bien que le règne animal nous apparaisse très diversifié, toutes les espèces ne suivent qu’une petite poignée de plans d’organisation. Autrement dit, il n’y a pas 36 façons différentes de former un animal, mais seulement trois. La première n’est ni symétrique, ni véritablement organisée. On la retrouve chez les éponges qui, pour faire simple, poussent à l’arrache sans que la forme du corps soit reproductible d’un individu à l’autre. Le second plan, un peu plus répandu, est celui de la symétrie radiaire qui s’organise autour d’un axe unique, généralement nommé oral-aboral (O-Ab). Un axe biologique est une ligne imaginaire reliant deux parties d’un même corps, dans notre cas la bouche (O) et l’extrémité qui lui est opposée (Ab). Chez les animaux à symétrie radiaire, le corps est subdivisée en un nombre variable (5, 6, 8…) de sous-parties identiques, disposées en étoile autour de l’axe. On trouve cette organisation entre autres chez les cnidaires, un groupe qui rassemble les coraux, les anémones de mer et les méduses. Enfin, le troisième et dernier plan d’organisation possible est la symétrie bilatérale, qui se construit non pas à partir d’un seul mais de deux axes: l’antéro-postérieur (AP) reliant la tête à la queue, et le dorso-ventral (DV) reliant le dos au ventre. À l’instar de l’abscisse et de l’ordonnée d’un repère mathématique, les axes AP et DV forment un plan, et celui-ci coupe les bestioles concernées en deux (bi) côtés (latéral) symétriques: la droite et la gauche. Dans le monde animal, la présence de deux axes est de loin le plan d’organisation le plus courant, et plus de 99% des espèces de métazoaires (animaux) actuels appartiennent au groupe des bilatériens.

Plans-dorganisation
Attention à quelques détails importants pour la compréhension des plans l’organisation: les lignes en pointillé blanc représentent uniquement les frontières entre les sous-parties symétriques. Les axes quant à eux sont les lignes imaginaires qui relient l’oral à l’aboral (O-Ab), l’antérieur au postérieur (AP) et le dorsal au ventral (DV).

Et les échinodermes alors? Quel est leur plan d’organisation? C’est là que les choses deviennent un peu confuses. Les échinodermes, sont un sous-groupe des bilatériens, ils partagent avec nous des ancêtres relativement proches dont la symétrie était sans aucun doute bilatérale. Pourtant, leurs corps sont organisés en étoiles à 5 ou 10 branches, autour d’un axe O-Ab unique. Ceci qui est particulièrement visible sur les étoiles de mer et les ophiures, mais c’est également le cas des oursins, des crinoïdes et de la plupart des concombres de mer. On peut donc sans crainte affirmer que l’anatomie des échinodermes suit un plan de symétrie penta- (5) ou déca- (10) radiaire…  non? Eh bien pas vraiment. Pour commencer, leurs structures internes ne sont pas vraiment divisées en sous-parties identiques comme c’est le cas chez les cnidaires. De plus, chez certains groupes ou espèces dits “irréguliers” (comme par exemple les Clypeasteroidés, proches des oursins), l’axe O-Ab est incliné par rapport au substrat sur lequel vit l’animal. Il se crée donc une sorte de deuxième axe avant-arrière, équivalent à AP, et l’axe O-Ab devient par la force des choses un axe DV, la face ventrale étant par défaut celle sur laquelle se trouve la bouche. Cet aspect bilatérien se traduit aussi au niveau du comportement de l’animal car, par opposition aux espèces régulières qui se déplacent sans direction préférentielle, les Clypeasteroidés avancent toujours avec la partie antérieure en premier. Chez les concombres de mer la situation est encore plus compliquée puisque, bien que leur ancêtre à tous ait possédé un plan de symétrie penta-radiaire, au moins trois lignées d’holothuridés sont redevenues bilatérales au cours de l’évolution. Leurs formes dont d’ailleurs toutes plus bizarres les unes que les autres, il n’y a qu’à voir Scotoplanes globosa (l’animal mystère N°4) pour s’en convaincre. Mais ce n’est pas tout! À part quelques oursins qui zappent la phase larvaire pour passer directement du stade “boule de cellules” à celui de “boule d’épines”, l’immense majorité des échinodermes grandit en passant par un stade de larve nageuse à symétrie bilatérale. Maintenant vous commencez à entrevoir le casse-tête que ça représente pour les biologistes du développement. Ajoutez là-dedans un peu de génétique, quelques mécanismes moléculaires et une pincée de voies de signalisation extracellulaire, et vous obtiendrez une des plus belles migraines de l’histoire des sciences.

Plusieurs exemples d’échinodermes « réguliers » avec les formes adultes (radiaires) et larvaire (bilatérales) ainsi qu’un rebelle irrégulier, dont l’adulte est lui aussi bilatéral. 

Et je n’ai même pas encore terminé, car les échinodermes fournissent aussi quelques jolies énigmes aux évolutionnistes. En effet, de nombreux fossiles datant du Cambrien (-541 à –485 Ma)  et de l’Ordovicien (-485 à –443 Ma) nous renseignent sur l’apparence des représentants de la lignée au cours des ères passées. Le problème est que certains ne présentent pas de symétrie déca-radiaire, penta-radiaire, ni même bilatérale, mais TRI-radiaire. C’est le cas des hélicoplacoides dont le corps est vraisemblablement muni d’une bouche (mais pas d’anus, ce qui suggère un axe unique O-Ab) et de trois bras dont l’un s’entortille sur lui même par le dessous, et les deux autres ensemble  par le dessus. Et quand je dis “s’entortille”, c’est au sens littéral, comme si vous aviez trois spaghettis accrochés à un fourchette et que vous la faisiez tourner. Le résultat ressemble à un croisement bizarre entre une toupie et une pomme de pin. Rien qui rappelle un animal donc, et pourtant c’en est bien un. Si on imagine que les ancêtres des échinodermes actuels présentaient ce type d’anatomie (hypothèse avancée par des experts du domaine), alors plusieurs questions se posent, notamment celle de savoir comment s’est développée la symétrie penta-radiaire observée aujourd’hui? Et pour commencer, comment est-on passé d’une symétrie bilatérale à une tri-radiaire? Eh bien pour tout vous dire je n’en sais fichtre rien et c’est apparemment aussi le cas des gens qui travaillent sur le sujet. Il y a bien quelques théories qui circulent, à base de “j’te coupe cette partie là en deux, ça fait trois, pis si on imagine que ça aussi ça se recoupe là et là alors…” mais malheureusement rien de très facile à argumenter ou à tester en laboratoire. Comme souvent en science, l’énigme s’opacifie donc à mesure que l’on creuse, mais c’est aussi ce genre de challenges intellectuels qui rend intéressant le fait de regarder sous les jupes de Mère-Nature.

BD-mère-nature-p1BD-mère-nature-p2BD-mère-nature-p3

Références

  • Paul. Echinodermata. Encyclopedia of life sciences, John Wiley & Sons (2002).
  • Peterson, Arenas-Mena and Davidson. The A/P axis in echinoderm ontogeny and evolution: evidence from fossils and molecules. Evol. Dev. 2:2, 93-101, (2000).
  • Nakano et al. Larval stages of a living sea lily. Letters to Nature, 421, 158-160 (2003).
  • Kerr and Kim. Bi-Penta-Bi-Decaradial Symetry: A review of Evolutionary and Developmental Trends in Holothuroidae. J. Exp. Zoo (Mol Dev Evol), 285, 93-103 (1999).

Pour continuer sur le même thème:

  • Notre cher Taupo a récemment développé un attrait maladif pour les concombres de mer à voir ici et (Sur le Blog SSAFT).
  • Le blog de Christopher Mah, un spécialiste des échinodermes (en anglais).

Les commentaires sont fermés.