Les surprises de l’insignifiant placozoaire

C’est un peu une super période pour les animaux « non bilatériens » en ce moment (les animaux qui ne sont pas divisés en seulement deux côtés symétriques). Entre l’incroyable découverte d’un nouvel organisme dont je vous ai parlé récemment (un nouveau casse-tête pour les zoologistes), des recherches récentes sur les cténaires (de notre relation avec Bob l'Eponge) et mon article sur le mouvement des éponges posté il y a moins d’un an (Essuyons quelques préjugés sur les éponges), ce sont les informes et délaissés placozoaires qui vont nous intéresser aujourd’hui. Un article intéressant sur le sujet est paru il y a quelques mois. Pourtant les placozoaires sont probablement les animaux à l’apparence la plus simple. En plus c’est un groupe un peu triste, ne comprenant qu’une seule espèce décrite : Trichoplax adherens. Leur génome a été séquencé et montre une complexité bien supérieure à leur anatomie. Cependant, une étude parue en juillet dernier montre que pas moins d’un tiers de la morphologie de cet animal était encore inexplorée. Laissez-moi vous raconter l’histoire du pauvre placozoaire.

Le pauvre et informe placozoaire… Et en plus il ne mesure que quelques millimètres (souvent entre un et trois).  (Source : il faut toujours utiliser wiki)

Aujourd’hui nous sommes dans l’ère de la génomique (faut bien faire de grandes généralités). Séquencer un génome coûte de moins en moins cher et est de plus en plus facile. On est techniquement loin du temps où il fallait plusieurs laboratoires et plusieurs années pour séquencer un génome (voir sur tout se passe comme si). Et si le génome de tous les « organismes modèles » en biologie a été séquencé, le séquençage des génomes est même pratiqué maintenant pour des organismes plus obscurs, comme montré dernièrement dans plusieurs articles sur les cténophores parus dans Science et Nature et dont l’un d’eux a été très bien commenté par Taupo (ici, encore). L’initiative est louable, et nous sommes tous impatients de voir le moment où la plupart des génomes seront disponibles. Aussi, c’est en 2008, il y a six ans déjà, que le génome de l’étrange et discret placozoaire était séquencé. Mais qu’est-ce qu’un placozoaire ?

Evolution du coût de séquençage d’un génome et du nombre de génomes séquencés en fonction du temps. Ouaip, ça va vite ! (Source : la courbe qui fait sérieux)

Les placozoaires, déjà évoqués ici (Evolution et complexité, ce n'est pas si simple), sont juste des petits matelas de quelques cellules, rampant au fond des eaux marines côtières. Ce sont des animaux uniques, différents de ceux dont qu’on est habitués à voir. L’origine de ce groupe remonte probablement aux débuts de la diversification des animaux. Une grande découverte assurément, et dont l’histoire vaut le détour. Ils n’ont pas été découverts dans les abysses, une contrée lointaine ou quelque zone inexplorée que ce soit. Non, ils ont été découverts au fin fond… d’un aquarium dans un laboratoire en 1883. Pendant plusieurs années (décennies, une siècle) d’ailleurs personne n’en avait trouvé de sauvages. Puis, aussi petits et discrets soient-ils, ils ont finalement  été trouvés en liberté, libres et heureux, en 1989 à Hawaï, dans les eaux côtières.

Cependant, malgré les implications que cet animal pouvait avoir sur notre compréhension de l’origine des animaux, le pauvre placozoaire est resté peu étudié. Ce n’est que dans les années 70 que le vrai boulot a commencé. Les premiers travaux en microscopie électronique ont été menés sur cet animal. Et donc l’année dernière que savions-nous encore sur cet animal ? Que seuls quatre types cellulaires sont présents. Très peu donc. En voici la liste :

-Les cellules dorsales ciliées,

-Les cellules ventrales, elles aussi ciliées mais présentant des papilles (pour être exact des microvillosités),

-Les cellules glandulaires (sécrétrices de trucs qu’on sait pas c’est quoi)

-Et des cellules fibreuses.

Les cellules fibreuses étaient supposées participer à la contraction de l’animal, les cellules ciliées à sa locomotion, mais les cellules ventrales étaient aussi supposées participer à la digestion. En effet, les microvillosités sont souvent impliquées dans cette fonction. Or le placozoaire mange en formant une cavité avec sa face ventrale autour des particules qu’il trouve intéressantes (ou du moins qui ne vont pas plus vite que lui). Bref, ce n’est pas folichon, et même la reproduction sexuée n’a jamais été observée chez cet animal (quand bien même elle est très très fortement suspectée). Il n’y a donc pas grand-chose à dire sur placoco. Pas grand-chose, vraiment ? Ben comme je l’ai dit on a séquencé son génome. 98 millions de paires de bases, un océan d’informations (quand bien même ça reste inférieur aux mammifères par exemple qui ont autour de deux/trois milliards de paires de bases). Et ce n’est pas de l’ADN tout pourri avec que des trucs qui servent à rien, on y trouve la plupart des gènes de développement et de voies de signalisation cellulaires que l’on trouve chez les animaux apparemment plus complexes comme l’humain ou la mouche ! Mais à quoi cela peut-il bien servir chez un animal qui possède quatre types de cellules différentes et qui ne fait rien que ramper ?

Schéma des différentes cellules d’un placozoaire, on a vite fait le tour… (Source: schéma qui ressemble à rien. )

La fin du résumé de l’article suivant le séquençage du génome de notre timide placozoaire laisse présager quelque chose. Il est écrit que cette étude devrait « encourager des recherches plus approfondies pour une complexité cellulaire cachée et/ou des phases du cycle de vie inconnues.» Six ans après, enfin, certains scientifiques s’y sont enfin penchés.

Notre placoco a maintenant été étudié dans l’océan, et si d’autres phases du cycle de vie ne sont pas à exclure, il semble assez difficile de les observer. Rien à se mettre sous la dent donc par rapport à d’autres phases. Alors ? D’autres types cellulaires ? Notre ami a pourtant déjà été étudié en détails par microscopie électronique, une méthode si puissante que la résolution est moléculaire ! Qu’attendre de plus ?

Et bien en juillet dernier, un article qui m’a beaucoup touché en tant que morphologiste est paru. Une nouvelle étude de la morphologie des placozoaires. Après plusieurs articles parus ces dernières années commentant le génome de notre ami, discutant les implications que peuvent avoir tous ces gènes, des gens se sont enfin décidés à revenir un peu sur la morphologie de notre ami. En morphologie, on ne prend pas juste un organisme pour le foutre sous le microscope, faire un dessin et décrire tout ça dans un vieux livre en allemand. Pour chaque type de microscopie un peu avancée, on doit « fixer » l’animal. Le stabiliser chimiquement pour ne pas qu’il se détériore, qu’il garde son intégrité morphologique (ou génétique) et qu’il puisse être traité avec les méthodes de coloration adaptées au microscope que l’on va utiliser. Chaque méthode de fixation a ses avantages et ses inconvénients : l’alcool préserve l’ADN mais dessèche l’animal. Le formol préserve sa morphologie mais l’ADN est ensuite difficile à récupérer. Il existe des dizaines de « fixatifs », autant dire que bien choisir est crucial. Dans cette étude récente les auteurs ont tenté des méthodes de fixations plus efficaces, jamais essayées sur placoco, ainsi que des types de microscopie pour certains datant de plusieurs dizaines d’années (contraste de phase différentiel) ou plus récents (confocal) ainsi que la bonne vielle microscopie électronique à transmission. Et ben, et on trouve quoi alors ?

Pas moins de deux nouveaux types cellulaires ! Contre, je vous le rappelle, quatre décrits auparavant. C’est-à-dire qu’au moins un tiers de l’animal était inconnu ! C’est comme étudier un humain des pieds au torse ! Qu’a-t-on donc découvert ? Le plus impressionnant, bien que ces cellules ne soient pas tellement abondantes, sont les cellules cristallines réfringentes, c’est-à-dire des cellules qui réfléchissent la lumière au microscope. Elles possèdent en leur sein un cristal de composition inconnue. La fonction de ces cellules est encore énigmatique et elles pourraient éventuellement être impliquées dans la détection de la lumière ou de la gravité. Malheureusement, pour l’instant, la sensibilité à ces deux variables des placozoaires n’est pas attestée, et ces cellules cristallines restent mystérieuses.

Cela ne nous apprend donc pas grand-chose malheureusement. L’autre catégorie de cellules trouvée est celle des cellules lipophiles (c’est-à-dire qu’elles contiennent des lipides, du gras quoi), autrement plus intéressantes puisqu’elles semblent secréter des produits acides. Au vu de leur répartition sur la phase ventrale, elles sont supposées participer à la digestion par la sécrétion des différents produits. Des cellules non négligeables donc. Rappelez-vous, lorsqu’un placozoaire mange, il forme seulement une cavité avec sa face ventrale. Il est donc supposé que ces cellules lipophiles vont relarguer les « sucs digestifs ». La « proie » (si tant est que placoco chasse) va être digérée, et les cellules ciliées ventrales, avec leurs microvillosités et donc leur surface augmentée, vont s’occuper de l’absorption des nutriments. La question est : cela pourrait-il nous apprendre quelque chose sur l’origine même du système digestif chez les autres animaux ? Qui sait ? Mais plus de recherches sont nécessaires pour pouvoir s’approcher d’une conclusion.

Représentation d’une coupe de placozoaire avec les nouveaux types de cellules découverts. En plus d’être plus complet, ce dessin est plus joli que ce qu’on avait précédemment. DEC et VEC signifient respectivement cellule de l’épithélium dorsale et cellule de l’épithélium ventral. Source : Smith et al. 2014.

Allez, voilà, on a fait le tour des deux autres types de cellules. C’est proportionnellement plus mais pas la peine de faire tout un foin là-dessus. Mais si ! Quand y’en a plus y’en a encore (je n’en ai cependant plus pour très longtemps). Déjà, deux autres types de cellules supplémentaires pourraient être présents. Ca n’est pas encore confirmé car on n’a pas tellement de nouvelles données, c’est pour ça qu’elles ne font pas encore partie de la liste « officielle ». Certaines études précédentes ont montré la présence de cellules dorsales ciliées apparemment similaires en morphologie des bonnes vieilles cellules dorsales déjà décrites, mais possédant aussi des lipides en leur sein. Ces cellules ont été supposées être impliquées dans la défense de l’organisme (elles seraient répulsives). Malheureusement les spécimens étudiés dans cette nouvelle étude ne semblaient pas présenter ces gouttelettes de lipides. Cela laisse supposer que la lignée de clones sur laquelle l’étude a été menée est différente des lignées sauvages. Et des observations des auteurs sur les lignées sauvages ont confirmé la présence de ces gouttelettes de lipides.

Le dernier type de cellules supposé est peut-être constitué par des cellules souches, c’est à dire des cellules indifférenciées. Malheureusement, ces petites cellules reportées dans d’autres études ne sont pas vraiment discutées dans cette étude…

Donc, peut-être huit types de cellules, c’est bien. Mais attendeeeeez, j’ai toujours pas fini ! L’étude plus approfondie de la morphologie des cellules déjà décrites peut nous apporter aussi de nouvelles informations. Et ça a été le cas. Déjà les cellules glandulaires dont je vous parlais semblent produire des neurotransmetteurs… Ce seraient donc des cellules impliquées dans l’intégration des informations que l’organisme perçoit autour de lui. Probablement des cellules similaires aux cellules nerveuses des autres animaux. Une découverte importante qui encore, demande plus de recherches. On est loin de la fonction inconnue de ces cellules, quand bien même il reste du travail.

Le dernier résultat intéressant, c’est que ces cellules fibreuses n’auraient pas le rôle contractile qu’on leur a précédemment prêté. Quand bien même leur morphologie correspond, il n’a pas été trouvé de fibres contractiles. A l’inverse, au contact de chaque cellule, au niveau de la membrane cellulaire, des pores sont présents. Ce qui laisse penser que des trucs, encore inconnus, doivent passer entre les cellules. Les auteurs ont donc proposé que ce seraient peut-être plutôt des cellules qui transmettent de l’information, des formes de « neurones » (bien que ça n’en soit pas, il n’y a pas de vraie synapses). Bref, encore une piste à explorer, d’autant plus qu’il y a une question en suspens maintenant, c’est que si les cellules fibreuses ne sont pas contractiles, alors comment les placozoaires se contractent-ils ?

Allez, un petit récapitulatif :

	Type de cellule	Fonction supposée
Anciennes cellules décrites	Cellules ciliées dorsales	Déplacement
	Cellules ciliées ventrales	Déplacement et ingestion
Anciennes cellules décrites et réinterprétées	Cellules glandulaires	Précédemment inconnu, probablement Neurosécrétion.
	Cellules fibreuses	Contraction. Transmission de signal hormonal ou électrique
Nouvelles cellules décrites	Cellules lipophiles (ventrales)	Digestion
	Cellules cristalines	Inconnue (vision, balance ?)
Nouvelles cellules suspectées	Cellules lipophiles dorsales	Défensive ?
	Cellules souches	Cellules non spécialisées

Tableau récapitulant les nouvelles découvertes morphologiques sur notre ami placoco

Donc si on résume bien, on a deux extrêmes : 

-Soit on a seulement découvert deux nouveaux types de cellules, ce qui nous fait au total six types de cellules.

-Ou, on a jusqu’à quatre nouveaux types de cellules, ce qui double le nombre précédemment décrit, et la moitié de ce qui était précédemment décrit (deux sur quatre) était mal interprétée. C’était donc, dans ce cas, plus de trois quarts de la morphologie qui était inconnue ou mal décrite.

Encore une fois à l’ère de la génomique, si en effet, les trois quarts de la morphologie étaient inconnus, les interprétations sur cet animal et son génome étaient donc là jusque-là quasiment vides de sens. Six ans après le séquençage du génome des placozoaires et plusieurs articles sur le sujet, il était temps de revenir un peu sur leur anatomie. Tout ça montre donc l’importance de la morphologie en biologie. Ce n’est pas une vieille discipline dont on n’a plus besoin. C’est une activité dynamique où les techniques se multiplient mais aussi où une quantité incroyable de travail reste à faire (sur des organismes déjà étudiés ou non, avec des méthodes déjà utilisées ou non). A l’inverse malheureusement, le nombre de spécialistes dans ce domaine diminue fortement.

Bien sûr, encore une fois, la prudence est de mise. Certaines des conclusions que j’ai évoquées ici pourraient être réinterprétées… Mais dans tous les cas, même le plus « insignifiant » des animaux a encore beaucoup de secrets à nous révéler !

Sources :

Smith, C., Varoqueaux, F., Kittelmann, M., Assam, R. N., Cooper, B., Winters, C. A., Eitel, M., Fasshaeur, D. et Reese, T. S. Novel cell types, neurosecretory cells, of the early-diverging Metazoan Trichoplax adherens. Current Biology. 24, 1565-1572.

Srivastava, M., Begovic, E., Chapman, J., Putnam, N.H., Hellsten, U., Kawashima, T., Kuo, A., Mitros, T., Salamov, A., Carpenter, M.L., et al. (2008). The Trichoplax genome and the nature of placozoans. Nature. 454, 955–960.